JP2021098805A - 硬化性樹脂組成物、および硬化膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 塩基性樹脂(A)と、アルカリ可溶性樹脂(B)と、光重合性単量体(C)と、光重合開始剤(D)とを含み、有機顔料およびカーボンブラックを含まない、硬化性樹脂組成物。なお、塩基性樹脂(A)のアミン価が30〜350mgKOH/gであることが好ましい。また、アルカリ可溶性樹脂(B)酸価は、30〜130mgKOH/gであることが好ましい。
【選択図】なし
Description
本発明の硬化性樹脂組成物は、カラーフィルタや基材(基板ともいう)等の部材上に被膜を形成し、他の部材の密着性向上や保護のために使用されることが好ましい。
塩基性樹脂(A)は、塩基性官能基を有する樹脂である。硬化性樹脂組成物は、塩基性樹脂(A)を含有することで他の部材との密着性が向上するのみならず、組成物の貯蔵安定性を損なわない。なお、本明細書の硬化性樹脂組成物は、課題を解決できる範囲であれば、シランカップリング剤を配合できる。
塩基性官能基含有単量体は、例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノブチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノブチル(メタ)アクリレート、ペンタメチルピペリジルメタクリレート、テトラメチルピペリジルメタクリレート、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(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、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、又はアクリロイルモルホリン等の(メタ)アクリルアミド類が挙げられる。
本明細書の硬化性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂(B)を含む。アルカリ可溶性は、硬化性樹脂組成物を下地層として使用する場合、当該下地層上に形成するカラーフィルタを作製する際のアルカリ現像工程で、非露光部のフィルタセグメントと共に下地層を除去するために現像溶解性として必要である。なお、アルカリ可溶性には、酸性基が必要である。
方法(i)は、例えば、まず、エポキシ基含有単量体、およびその他単量体の重合体を合成する。次いで、前記重合体のエポキシ基に、モノカルボキシル基含有単量体を付加し、生成した水酸基に、多塩基酸無水物を反応させてアルカリ可溶性感光性樹脂を得る方法が挙げられる。なお、モノカルボキシル基含有単量体は、カルボキシル基を1有する単量体である。
硬化性樹脂組成物は、アルカリ可溶性を有しない熱可塑性樹脂を含有できる。これにより現像性を適宜調整できる。
熱可塑性樹脂は、例えば、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、スチレン−マレイン酸共重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル樹脂、ビニル系樹脂、アルキッド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ゴム系樹脂、環化ゴム系樹脂、セルロース類、ポリエチレン(HDPE、LDPE)、ポリブタジエン、及びポリイミド樹脂等が挙げられる。
光重合性単量体(C)は、紫外線や熱などにより硬化して透明樹脂を生成するモノマー、オリゴマーを含む。光重合性単量体(C)は、重合性不飽和基を3以上有する(メタ)アクリレートが好ましい。重合性不飽和基を3以上有する(メタ)アクリレートを使用すると硬化膜の架橋密度が向上することに加え、硬化膜の耐溶剤性が向上する。なお、重合性不飽和基数の上限は、課題を解決できる範囲であれば良く限定されないところ、強いてあげれば、10以下が好ましく、6以下がより好ましい。
ウレタン結合含有単量体は、例えば、水酸基を有する(メタ)アクリレートに多官能イソシアネートを反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート、アルコールに多官能イソシアネートを反応させ、さらに水酸基を有する(メタ)アクリレートを反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート等が挙げられる。
光重合開始剤(D)は、例えば、4−フェノキシジクロロアセトフェノン、4−t−ブチル−ジクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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−(ジメチルアミノ)−1−[4−(4−モルホリノ)フェニル]−2−(フェニルメチル)−1−ブタノン、又は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−ブタノン等のアセトフェノン系化合物;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、又はベンジルジメチルケタール等のベンゾイン系化合物;ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、又は3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物;チオキサントン、2−クロルチオキサントン、2−メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン、又は2,4−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物;2,4,6−トリクロロ−s−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−トリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−ピペロニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−スチリル−s−トリアジン、2−(ナフト−1−イル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−メトキシ−ナフト−1−イル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2,4−トリクロロメチル−(ピペロニル)−6−トリアジン、又は2,4−トリクロロメチル−(4’−メトキシスチリル)−6−トリアジン等のトリアジン系化合物;1,2−オクタンジオン,1−〔4−(フェニルチオ)フェニル−,2−(O−ベンゾイルオキシム)〕、又はエタノン,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(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、又はジフェニル−2,4,6−トリメチルベンゾイルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物;9,10−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物;ボレート系化合物;カルバゾール系化合物;イミダゾール系化合物;あるいは、チタノセン系化合物等が挙げられる。これらの中でも、オキシムエステル系化合物が好ましい。
オキシムエステル系化合物は、紫外線を吸収することによってオキシムのN−O結合の解裂がおこり、イミニルラジカルとアルキロキシラジカルを生成する。これらのラジカルは更に分解することにより活性の高いラジカルを生成するため、少ない露光量でパターンを形成させることができる。硬化膜層を薄膜で塗工する場合、酸素による硬化阻害を受けやすくなるため塗膜の硬化度が低くなることがあるが、オキシムエステル系化合物は高い量子効率を持つため好適に使用される。
硬化性樹脂組成物は、さらに増感剤を含有できる。
増感剤は、例えば、カルコン誘導体、ジベンザルアセトン等に代表される不飽和ケトン類、ベンジルやカンファーキノン等に代表される1,2−ジケトン誘導体、ベンゾイン誘導体、フルオレン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、キサンテン誘導体、チオキサンテン誘導体、キサントン誘導体、チオキサントン誘導体、クマリン誘導体、ケトクマリン誘導体、シアニン誘導体、メロシアニン誘導体、オキソノ−ル誘導体等のポリメチン色素、アクリジン誘導体、アジン誘導体、チアジン誘導体、オキサジン誘導体、インドリン誘導体、アズレン誘導体、アズレニウム誘導体、スクアリリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、テトラフェニルポルフィリン誘導体、トリアリールメタン誘導体、テトラベンゾポルフィリン誘導体、テトラピラジノポルフィラジン誘導体、フタロシアニン誘導体、テトラアザポルフィラジン誘導体、テトラキノキサリロポルフィラジン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、ピリリウム誘導体、チオピリリウム誘導体、テトラフィリン誘導体、アヌレン誘導体、スピロピラン誘導体、スピロオキサジン誘導体、チオスピロピラン誘導体、金属アレーン錯体、有機ルテニウム錯体、又はミヒラーケトン誘導体、α−アシロキシエステル、アシルフォスフィンオキサイド、メチルフェニルグリオキシレート、ベンジル、9,10−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアンスラキノン、4,4’−ジエチルイソフタロフェノン、3,3’又は4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等が挙げられる。
硬化性樹脂組成物は、熱硬化性化合物を含有できる。熱硬化性化合物は、低分子化合物でもよく、樹脂のような高分子量化合物でもよい。
熱硬化性化合物は、例えば、エポキシ化合物、オキセタン化合物、ベンゾグアナミン化合物、ロジン変性マレイン酸化合物、ロジン変性フマル酸化合物、メラミン化合物、尿素化合物、およびフェノール化合物が挙げられる。これらの中でもエポキシ化合物、オキセタン化合物が好ましい。
硬化性樹脂組成物は、チオール系連鎖移動剤を含有できる。チオール系連鎖移動剤は、光重合開始剤と併用すると光照射後のラジカル重合の際、酸素による重合阻害を受けにくいチイルラジカルが発生し、硬化性樹脂組成物の感度が向上する。
硬化性樹脂組成物は、重合禁止剤を含有できる。これにより露光時にマスクの回折光による感光を防止し、良好なパターン形状が得やすくなる。
硬化性樹脂組成物は、紫外線吸収剤を含有できる。紫外線吸収剤は、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サリチル酸エステル系化合物、シアノアクリレート系化合物、及びサリシレート系化合物等が挙げられる。なお、紫外線吸収剤は、オリゴマーやポリマーであってもよい。
硬化性樹脂組成物は、酸化防止剤を含有できる。酸化防止剤は、硬化性樹脂組成物に含まれる光重合開始剤や熱硬化性化合物が、熱硬化時より酸化による黄変を防止できる。これにより硬化膜の透明性を向上できる。
硬化性樹脂組成物は、レベリング剤を含有できる。これにより、被膜形成時の透明基板に対する濡れ性および被膜の乾燥性がより向上する。レベリング剤は、例えば、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤等が挙げられる。
硬化性樹脂組成物は、組成物の経時粘度を安定化させるために貯蔵安定剤を含有できる。
貯蔵安定剤は、例えば、ベンジルトリメチルクロライド、ジエチルヒドロキシアミンなどの4級アンモニウムクロライド、乳酸、シュウ酸などの有機酸およびそのメチルエーテル、t−ブチルピロカテコール、テトラエチルホスフィン、テトラフェニルフォスフィンなどの有機ホスフィン、亜リン酸塩等が挙げられる。
硬化性樹脂組成物は、溶剤を含有できる。これにより硬化性樹脂組成物の粘度調整が容易になるため、表面が平滑な被膜を形成し易い。溶剤は、使用目的に応じて適宜選択し、適量を含有すれば良い。
本明細書でカラーフィルタは、赤色フィルタセグメント、緑色フィルタセグメント、および青色フィルタセグメントを有することが好ましい。また、カラーフィルタは、カラーフィルタセグメントとして、さらにマゼンタ色フィルタセグメント、シアン色フィルタセグメント、黄色フィルタセグメントを有することができる。なお、透明基板に代えて反射基板を使用できる。透明基板は、例えば、ガラス基板が挙げられる。反射基板は、例えばアルミ電極や金属薄膜を反射面として使用する基板が挙げられる。
フォトリソグラフィー法は、例えば、硬化性樹脂組成物を、基板上に、乾燥膜厚が0.05〜5μm程度になるように塗布し被膜を形成する。得られた被膜(以下、第一の被膜という)は、所定のパターンを有するマスクを通して露光(光照射)を行う。次いで、溶剤又はアルカリ現像液に浸漬するかもしくはスプレーなどにより現像液を噴霧し現像を行い、未硬化部分を除去して所望のパターンを得る。また、露光前の第一の被膜上にさらにポリビニルアルコールや水溶性アクリル樹脂を使用して第二の被膜(酸素遮断膜)を形成できる。これにより第一の被膜は、酸素に接しないため露光感度がより向上する。
樹脂の重量平均分子量(Mw)は、RI検出器を装備したゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した。装置としてHLC−8220GPC(東ソー株式会社製)を用い、分離カラムを2本直列に繋ぎ、両方の充填剤には「TSK−GEL SUPER HZM−N」を2連でつなげて使用し、オーブン温度40℃、溶離液としてテトラヒドロフラン(THF)溶液を用い、流速0.35ml/minで測定した。サンプルは1wt%の上記溶離液からなる溶剤に溶解し、20マイクロリットル注入した。分子量はいずれもポリスチレン換算値である。
樹脂溶液0.5〜1gに、アセトン80ml及び水10mlを加えて攪拌して均一に溶解させ、0.1mol/LのKOH水溶液を滴定液として、自動滴定装置(「COM−555」平沼産業製)を用いて滴定し、樹脂溶液の酸価(mgKOH/g)を測定した。そして、樹脂溶液の酸価と樹脂溶液の不揮発分濃度から、樹脂の不揮発分あたりの酸価を算出した。
塩基性樹脂のアミン価は、ASTM D 2074の方法に準拠し、測定した全アミン価(mgKOH/g)を不揮発分換算した値である。
(塩基性樹脂(A−1)の製造)
温度計、攪拌機、蒸留管、冷却器を具備した4つ口セパラブルフラスコに、メチルエチルケトン(MEK)70部、n−ブチルメタクリレート80.0部、スパルテイン2.8部、ブロモイソ酪酸エチル1.9部を仕込み窒素気流下で40℃に昇温した。塩化第一銅 1.1部を投入し、75℃まで昇温して重合を開始した。3時間重合後、重合溶液をサンプリングし、重合の不揮発分から重合収率が95%以上である事を確認し、N、N−ジメチルアミノエチルメタクリレート20.0部、及びMEK30.0部を添加し、重合を継続した。2時間後重合溶液の不揮発分から重合収率が97%以上であるのを確認し、室温に冷却して重合を停止した。得られた樹脂溶液100部をメチルエチルケトン100部で希釈し、カチオン交換樹脂「ダイアイオン PK228LH(三菱化学社製)」60部を添加し室温で1時間攪拌し、更に、中和剤として「キョーワード500SN(協和化学工業社製)」を6部添加し30分攪拌を行った。濾過によりカチオン交換樹脂と吸着剤を取り除く事で重合触媒の残渣を取り除いた。更に、樹脂溶液を濃縮しプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに置換して不揮発分が40重量%の3級アミノ基を有する塩基性樹脂(Mw=8700、アミン価61mgKOH/g)(A−1)の溶液を得た。
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応槽に、メトキシプロピルアセテート133部を仕込み、窒素置換しながら100℃に昇温した。滴下槽にN,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート40部、n−ブチルメタクリレート160部、メトキシプロピルアセテート61部、及び2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を6部仕込み、均一になるまで攪拌した後、反応槽へ2時間かけて滴下し、その後同温度で3時間反応を継続した。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、不揮発分が40質量%になるように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添加して、3級アミノ基を有する塩基性樹脂(Mw=8800、アミン価=61mgKOH/g)(A−2)の溶液を得た。
温度計、攪拌機、蒸留管、冷却器を具備した4つ口セパラブルフラスコに、メチルエチルケトン70部、n−ブチルアクリレート76.0部、スパルテイン2.8部、ブロモイソ酪酸エチル1.9部を仕込み窒素気流下で40℃に昇温した。塩化第一銅 1.1部を投入し、75℃まで昇温して重合を開始した。3時間重合後、重合溶液をサンプリングし重合の不揮発分から重合収率が95%以上である事を確認し、N、N−ジメチルアミノエチルメタクリレート24.0部、及びMEK30.0部を添加し、更に、重合を行った。2時間後重合溶液の不揮発分から重合収率が97%以上であるのを確認し、室温に冷却して重合を停止した。得られた樹脂溶液100部をメチルエチルケトン100部で希釈し、カチオン交換樹脂「ダイアイオン PK228LH(三菱化学社製)」60部を添加し室
温で1時間攪拌し、更に、中和剤として「キョーワード500SN(協和化学工業社製
)」を6部添加し30分攪拌を行った。濾過によりカチオン交換樹脂と吸着剤を取り除く事で重合触媒の残渣を取り除いた。更に、樹脂溶液を濃縮しプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに置換して不揮発分が40重量%の3級アミノ基を有する塩基性樹脂(Mw=12200、アミン価86mgKOH/g)(A−3)の溶液を得た。
温度計、攪拌機、蒸留管、冷却器を具備した4つ口セパラブルフラスコに、メチルエチルケトン70部、n−ブチルアクリレート96.0部、スパルテイン2.8部、ブロモイソ酪酸エチル1.9部を仕込み窒素気流下で40℃に昇温した。塩化第一銅 1.1部を投入し、75℃まで昇温して重合を開始した。3時間重合後、重合溶液をサンプリングし、重合の不揮発分から重合収率が95%以上である事を確認し、N、N−ジメチルアミエチルメタクリレート4.0部、及びメチルエチルケトン30.0部を添加し、更に、重合を行った。2時間後重合溶液の不揮発分から重合収率が97%以上であるのを確認し、室温に冷却して重合を停止した。得られた樹脂溶液100部をメチルエチルケトン100部で希釈し、カチオン交換樹脂「ダイアイオン PK228LH(三菱化学社製)」60部を添加し室温で1時間攪拌し、更に、中和剤として「キョーワード500SN(協和化学工業社製)」を6部添加し30分攪拌を行った。濾過によりカチオン交換樹脂と吸着剤を取り除く事で重合触媒の残渣を取り除いた。更に、樹脂溶液を濃縮しプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに置換して不揮発分が40重量%の3級アミノ基を有する塩基性樹脂(Mw=12000、アミン価14mgKOH/g)(A−4)の溶液を得た。
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応槽に、メトキシプロピルアセテート133部を仕込み、窒素置換しながら100℃に昇温した。滴下槽にN,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート180部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート20部、メトキシプロピルアセテート61部、及び2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を6部仕込み、均一になるまで攪拌した後、反応槽へ2時間かけて滴下し、その後同温度で3時間反応を継続し、3級アミノ基を有するビニル系樹脂の溶液を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が40重量%になるように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添加して、3級アミノ基を有する塩基性樹脂(Mw=10000、アミン価330mgKOH/g)(A−5)溶液を得た。
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応槽に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMAc)133部を仕込み、窒素置換しながら110℃に昇温した。滴下槽にジエチルアミノエチルメタクリレート177部、メチルアクリレート3部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート20部、PGMAc61部、及び2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を6部仕込み、均一になるまで攪拌した後、反応槽へ2時間かけて滴下し、その後同温度で3時間反応を継続した。さらに、不揮発分が40重量%になるように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添加して希釈して、3級アミノ基を有する塩基性樹脂(Mw=9000、アミン価315mgKOH/g)(A−6)溶液を調製した。
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応槽に、PGMAc133部を仕込み、窒素置換しながら110℃に昇温した。滴下槽に1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレート177部、メチルアクリレート3部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート20部、PGMAc61部、及び2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を6部仕込み、均一になるまで攪拌した後、反応槽へ2時間かけて滴下し、その後同温度で3時間反応を継続した。さらに、不揮発分が40重量%になるように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添加して希釈して、3級アミノ基を有する塩基性樹脂(Mw=7200、アミン価201mgKOH/g)(A−7)溶液を調製した。
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応装置に、メチルメタクリレート30部、nーブチルメタクリレート30部、ヒドロキシエチルメタクリレート20部、テトラメチルエチレンジアミン13.2部を仕込み、窒素を流しながら50℃で1時間撹拌し、反応装置内を窒素置換した。次に、ブロモイソ酪酸エチル9.3部、塩化第一銅5.6部、PGMAc133部を仕込み、窒素気流下で、110℃まで昇温して第一ブロック(Bブロック)の重合を開始した。4時間重合後、重合溶液をサンプリングして不揮発分測定を行い、不揮発分から換算して重合転化率が98%以上であることを確認した。
次に、この反応装置に、PGMAc61部、第二ブロック(Aブロック)モノマーとして1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレート20部(日立化成工業社製、ファンクリルFA−711MM)を投入し、110℃・窒素雰囲気下を保持したまま撹拌し、反応を継続した。1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレート投入から2時間後、重合溶液をサンプリングして不揮発分測定を行い、不揮発分から換算して第二ブロック(Aブロック)の重合転化率が98%以上であることを確認し、反応溶液を室温まで冷却して重合を停止した。さらに、不揮発分が40重量%になるように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添加して、3級アミノ基を有する塩基性樹脂(Mw=5400、アミン価57mgKOH/g)(A−8)溶液を得た。
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応装置に、メチルメタクリレート40部、nーブチルメタクリレート10部、触媒としてテトラメチルエチレンジアミン13.2部を仕込み、窒素を流しながら50℃で1時間撹拌し、反応装置内を窒素置換した。次に、開始剤としてブロモイソ酪酸エチル9.3部、触媒として塩化第一銅5.6部、PGMAc133部を仕込み、窒素気流下で、110℃まで昇温して第一ブロック(Bブロック)の重合を開始した。4時間重合後、重合溶液をサンプリングして不揮発分測定を行い、不揮発分から換算して重合転化率が98%以上であることを確認した。次に、この反応装置に、PGMAc61部、第二ブロック(Aブロック)モノマーとしてジメチルアミノエチルメタクリレート40部、メタクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウムクロライド10部を投入し、110℃で窒素雰囲気下を保持したまま撹拌し、反応を継続した。投入から2時間後、重合溶液をサンプリングして不揮発分測定を行い、不揮発分から換算して第二ブロック(Aブロック)の重合転化率が98%以上であることを確認し、反応溶液を室温まで冷却して重合を停止した。さらに、不揮発分が40%になるように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添加して、3級アミノ基および4級アンモニウム塩基を有する塩基性樹脂(Mw=20000、アミン価170mgKOH/g)(A−9)溶液を得た。
(アルカリ可溶性樹脂(B−1)の製造)
撹拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計、ガス導入管を備えたフラスコにPGMAc150部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら120℃に加熱して、同温度で滴下管よりスチレン10.0部、グリシジルメタクリレート32.4部、ジシクロペンタニルメタクリレート10.0部、アゾビスイソブチロニトリル2.5部の混合物を2.5時間かけて滴下し重合反応を行った。
次にフラスコ内を空気置換し、アクリル酸16.4部にトリスジメチルアミノメチルフェノール0.3部、及びハイドロキノン0.3部を投入し、120℃で5時間反応を続けた。 さらにテトラヒドロ無水フタル酸29.4部、トリエチルアミン0.5部を加え120℃で4時間反応させ、不揮発分が40%になるようにPGMAcを添加して樹脂(B−1)溶液を調製した。重合性不飽和基を有する樹脂(B−1)の重量平均分子量は9600、酸価は79mgKOH/gであった。
撹拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計、ガス導入管を備えたフラスコにPGMAc150部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら120℃に加熱して、同温度で滴下管より2−エチルヘキシルアクリレート33.0部、グリシジルメタクリレート28.3部、ジシクロペンタニルメタクリレート1.0部、アゾビスイソブチロニトリル2.5部の混合物を2.5時間かけて滴下し重合反応を行った。
次にフラスコ内を空気置換し、アクリル酸13.5部にトリスジメチルアミノメチルフェノール0.3部、及びハイドロキノン0.3部を投入し、120℃で5時間反応を続けた。 さらにテトラヒドロ無水フタル酸24.2部、トリエチルアミン0.5部を加え120℃で4時間反応させ、不揮発分が40%になるようにPGMAcを添加して重合性不飽和基を有する樹脂(B−2)溶液を調製した。樹脂(B−2)の重量平均分子量は6400、酸価は36mgKOH/gであった。
撹拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計、ガス導入管を備えたフラスコにPGMAc145部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら120℃に加熱して、同温度で滴下管よりジシクロペンタニルメタクリレート20.0部、メタクリル酸108.0部、ベンジルメタクリレート27.6部、アゾビスイソブチロニトリル6.0部の混合物を2時間かけて滴下し重合反応を行った。
次にフラスコ内を空気置換し、グリシジルメタクリレート125.7部にトリスジメチルアミノメチルフェノール0.9部、及びハイドロキノン0.145部を投入し、120℃で6時間反応を続けた。さらに、不揮発分が40%になるようにPGMAcを添加して重合性不飽和基を有する樹脂(B−3)溶液を調製した。樹脂(B−3)の重量平均分子量は18500、酸価は120mgKOH/gであった。
温度計、冷却管、窒素ガス導入管、滴下管及び撹拌装置を備えたセパラブル4口フラス
コに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート153.0部を仕込み、80℃に昇温し、反応容器内を窒素置換した後、滴下管よりメタクリル酸28.0部、ベンジルメタクリレート62.0部、ジシクロペンタニルメタクリレート10.0部、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル1.4部の混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に3時間反応を継続し、不揮発分が40重量%になるように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添加して、樹脂(B−4)溶液を調製した。樹脂(B−4)の酸価は98mgKOH/g、重量平均分子量は17500であった。
[実施例1]
(硬化性樹脂組成物(R−1))
下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、孔径0.45μmのナイロン製フィルタ(日本ポール社製)で濾過して、硬化性樹脂組成物(R−1)を得た。
塩基性樹脂(A−1:不揮発分40%)溶液:0.50部
アルカリ可溶性樹脂(B−1:不揮発分40%)溶液:3.00部
光重合性単量体(C−1):6.00部
光重合開始剤(D−1):0.68部
レベリング剤(E−1:不揮発分1%):1.00部
溶剤(I−1):88.82部
(硬化性樹脂組成物(R−2〜R−30)の作製)
表1に記載した通りの材料種、質量に変更した以外は、実施例1と同様に行い硬化膜用成物(R−2〜R−30)をそれぞれ作製した。
・(C−1)ペンタエリスリトールトリアクリレート及びペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物[アロニックスM450(東亞合成社製)]
・(C−2)ジペンタエリスリトールペンタアクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物[アロニックスM402(東亞合成社製)]
・(C−3)トリメチロールプロパントリアクリレート[アロニックスM309(東亞合成社製)]
・(C−4)トリメチロールプロパンEO変性トリアクリレート[アロニックスM350(東亞合成社製)]
・(C−5)ペンタエリスリトールトリアクリレート及びペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物[アロニックスM306(東亞合成社製)]
・(E−1)東レ・ダウコーニング社製「FZ−2122」1部をPGMAc99部に溶解させた溶液
・(E−2)DIC社製「メガファックF−563」30部をPGMAc70部に溶解させた溶液
・(F−1)2−[4−[(2−ヒドロキシ−3−(ドデシルおよびトリデシル)オキシプロピル)オキシ]−2−ヒドロキシフェニル]−4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン[TINUVIN326(BASFジャパン社製)]
・(F−2)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[TINUVIN400(BASFジャパン社製)]
・(G−1)メチルハイドロキノン
・(H−1)N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン
[信越シリコーン シランカップリング剤KBM−603(信越化学工業社製)]
・(I−1)PGMAc
・(I−2)(I−2−1)〜(I−2−6)を下記質量部にて混合し、溶剤(I−2)とした。
(I−2−1)PGMAc:40部
(I−2−2)シクロヘキサノン:40部
(I−2−3)3−エトキシプロピオン酸エチル:10部
(I−2−4)プロピレングリコールモノメチルエーテル:10部
(I−2−5)シクロヘキサノールアセテート:10部
(I−2−6)ジプロプレングリコールメチルエーテルアセテート:10部
得られた硬化性樹脂組成物について、解像性、アルカリ現像液耐性、基板密着性、貯蔵安定性に関する試験を下記の方法で行った。試験の結果を表2に示す。
硬化性樹脂組成物を厚さ200mmのシリコンウエハ基板上に、スピンコーターを用いて乾燥後の厚さが0.20μmとなるように塗布し、100℃20分乾燥して基板を得た。次に、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon社製)を使用して、365nmの波長で2000J/m2の露光を行った。露光は、10.0μm四方の正方形の遮光部を有するフォトマスクを通して行った。露光後の塗膜をTMAH2.38%(多摩化学工業製 テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38%水溶液)で1分、パドル現像を行った。パドル現像後、20秒スピンシャワーにて純水でリンスを行い、スピン乾燥させた。遮光部により形成されたホールパターンを走査型電子顕微鏡(日立ハイテク社製「S−3000N」)を用いて観察し、下記基準で評価した。
◎:ホールパターンの一辺が9.5μm以上、10.0μm未満(非常に良好なレベル)
○:ホールパターンの一辺が9.0μm以上、9.5μm未満(良好なレベル)
△:ホールパターンの一辺が8.0μm以上、9.0μm未満(実用可能なレベル)
×:ホールパターンの一辺が8.0μm未満(実用には適さないレベル)
なお、以下同様に◎と〇が実用上好ましいレベル、△が実用可能なレベル、×は実用には適さないレベルである。
硬化性樹脂組成物を縦100mm×横100mm・0.7mm厚のガラス基板上に、スピンコーターを用いて乾燥膜厚が0.20μmとなるように回転塗工し、100℃で20分乾燥した。次に、得られた被膜に対して、400μm四方の正方パターンマスクパターンを配列したフォトマスクを介してi線の照度30mW/cm2の超高圧水銀灯にて2000mJ/cm2の露光を行った。 パターン露光された被膜に対して、TMAH2.38%を用いて、未露光部を現像した後、純水にて水洗を行なった。その後、水滴を高圧のエアーで飛ばし、基板を自然乾燥させ、100℃で20分間、ホットプレートでポストベーク処理し、ガラス基板上に硬化膜のパターンを形成した。ガラス基板のパターン形成された部分の膜厚を測定した。塗膜の膜厚は、Dektak3030(日本真空技術社製)を用いて行った。その後、TMAH2.38%に10分間浸漬し、再び膜厚を測定し、膜厚変化を評価した。評価のランクは次の通りである。
◎:膜厚変化が0.5%未満
〇:膜厚変化が0.5%以上、1.0%未満
△:膜厚変化が1.0%以上、5.0%未満
×:膜厚変化が5.0%以上
硬化性樹脂組成物を縦100mm×横100mm・0.7mm厚のガラス基板上に、スピンコーターを用いて乾燥膜厚が0.20μmとなるように回転塗工し、120℃で20分乾燥した。次に、乾燥後の塗膜に対して、6μmの正方パターンマスクパターンを配列したフォトマスクを介してi線の照度30mW/cm2の超高圧水銀灯にて2000mJ/cm2の露光を行った。 パターン露光された塗膜は、TMAH2.38%を用いて、未露光部を現像した後、純水にて水洗を行なった。その後、水滴を高圧のエアーで飛ばし、基板を自然乾燥させ、ガラス基板上に硬化膜のパターンを形成した。光学顕微鏡を用いて観察し、密着性を評価した。評価基準は次の通りである。次に、乾燥温度を100℃、および70℃に変えた以外は上記同様に試験を行い同様に評価した。
◎:パターンの剥がれがない
〇:1〜5%のパターンが剥がれた
△:6〜15%のパターンが剥がれた
×:16%以上のパターンが剥がれた
硬化性樹脂組成物を調製した翌日の初期粘度と、40℃で1週間、経時促進させた経時粘度を測定した。得られた初期粘度及び経時粘度の値から、下記式で経時粘度変化率を算出し、貯蔵安定性を下記基準で評価した。
[経時粘度変化率]=|([初期粘度]−[経時粘度])/[初期粘度]|×100
測定条件は、E型粘度計(東機産業社製「TV−25型粘度計」)を用いて、25℃、ロータNo.1、測定時間3分、回転数20rpmで測定した。
◎:変化率3%未満
〇:変化率3%以上5%未満
△:変化率5%以上10%未満
×:変化率10%以上
Claims (6)
- 塩基性樹脂(A)と、アルカリ可溶性樹脂(B)と、光重合性単量体(C)と、光重合開始剤(D)とを含み、有機顔料およびカーボンブラックを含まない、硬化性樹脂組成物。
- 塩基性樹脂(A)のアミン価が30〜350mgKOH/gである、請求項1記載の硬化性樹脂組成物。
- アルカリ可溶性樹脂(B)酸価が30〜130mgKOH/gである、請求項1又は2記載の硬化性樹脂組成物。
- 光重合性単量体(C)が、重合性不飽和基を3以上有する(メタ)アクリレートである、請求項1〜3いずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 光重合開始剤(D)がオキシムエステル化合物を含む、請求項1〜4いずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 請求項1〜5いずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物から形成されてなる、硬化膜。
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