JP5696091B2 - 感光性樹脂組成物、カラーフィルタ、保護膜、フォトスペーサー、液晶表示装置用基板、液晶表示装置および固体撮像素子 - Google Patents
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Description
また、染料として特定のアントラキノン化合物を用いると、コントラスト等に優れたカラーフィルタが得られることが開示されている(例えば、特許文献6参照)。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明は、露光時の重合硬化性に優れ、いわゆる露光感度が高く、分光特性に優れ、密着性が高く、液晶の比抵抗に優れた感光性樹脂組成物を提供することを目的とする。
さらに、例えば、断面形状の均一性及び高さ均一性に優れるフォトスペーサー、均一性や硬度に優れる保護膜を形成できる感光性樹脂組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、液晶表示装置に用いた際に表示ムラを抑制できる液晶表示装置用基板、及び表示ムラが抑制された液晶表示装置を提供することを目的とする。
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
(1)少なくとも側鎖に、酸性基を有する基および2種以上の互いに異なる重合性不飽和基を有するアルカリ可溶性樹脂(A)、重合性化合物(B)、ならびに、光重合開始剤(C)を含む感光性樹脂組成物。
(2)さらに、着色剤を含む、(1)に記載の感光性樹脂組成物。
(3)前記アルカリ可溶性樹脂が下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有する、(1)または(2)に記載の感光性樹脂組成物。
一般式(A)
(4)前記アルカリ可溶性樹脂が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位および下記一般式(B)で表される繰り返し単位を有する、(1)または(2)に記載の感光性樹脂組成物。
一般式(A)
一般式(B)
(5)前記アルカリ可溶性樹脂が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位、下記一般式(B)で表される繰り返し単位および下記一般式(C)で表される繰り返し単位を有する、(1)または(2)に記載の感光性樹脂組成物。
一般式(A)
一般式(B)
一般式(C)
(6)前記一般式(A)で表される繰り返し単位、前記一般式(B)で表される繰り返し単位および前記一般式(C)で表される繰り返し単位のいずれかにおいて、Rがメチル基である、(3)〜(5)のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
(7)前記一般式(A)で表される繰り返し単位において、Rがメチル基であり、R1〜R5がいずれも水素原子である、(3)〜(6)のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
(8)(1)〜(7)のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を用いてなるカラーフィルタ、保護膜、フォトスペーサーまたは液晶表示装置用基板。
(9)(2)〜(7)のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を、支持体に適用し着色層を形成する着色層形成工程と、該着色層に対してパターン様の露光をして、潜像を形成する露光工程と、前記潜像が形成された着色層を現像してパターンを形成する現像工程と、を有するカラーフィルタの製造方法。
(10)(8)に記載のカラーフィルタ、(9)に記載のカラーフィルタの製造方法により製造されたカラーフィルタ、保護膜、または、フォトスペーサーを具備してなる液晶表示装置または固体撮像素子。
(11)下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位、下記一般式(2−1)で表される繰り返し単位および下記一般式(3−1)で表される繰り返し単位を有する樹脂。
一般式(1−1)
(12)前記樹脂を構成する繰り返し単位の90モル%以上が、前記一般式(1−1)で表される繰り返し単位、前記一般式(2−1)で表される繰り返し単位および前記一般式(3−1)で表される繰り返し単位のいずれかである、(11)に記載の樹脂。
(13)前記樹脂は、前記一般式(1−1)で表される繰り返し単位を40〜80モル%、前記一般式(2−1)で表される繰り返し単位15〜30モル%を、前記一般式(3−1)で表される繰り返し単位を1〜30モル%含む、(11)または(12)に記載の樹脂。
また、本発明は、表示装置に用いた際に表示ムラを抑制できる表示装置用基板、及び表示ムラが抑制された表示装置を提供することが可能になった。
尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。本明細書において、(メタ)アクリレートとは、アクリレートおよびメタクリレートの両方を含む意味で使用される。
本発明の感光性樹脂組成物は、酸性基を有する基および2種以上の互いに異なる重合性不飽和基を有するアルカリ可溶性樹脂(A)、重合性化合物(B)、ならびに、光重合開始剤(C)を含むことを特徴とする。本発明の感光性樹脂組成物は、必要に応じてさらに着色剤、有機溶剤、および各種添加剤を用いて構成することができる。
また、アルキル基とは、特に断りのない限り、置換基を有するアルキル基および置換基を有しないアルキル基であり、直鎖、分岐鎖、または環状のアルキル基の総称である。
本発明で用いるアルカリ可溶性樹脂は、酸性基を有する基および2種以上の互いに異なる重合性不飽和基を有することを特徴とする。
本発明の感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂(A)を、溶剤を除く成分の10〜50質量%の割合で含むことが好ましく、15〜45質量%の割合で含むことがより好ましい。
酸性基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、ヒドロキシ酸基、サリチル酸基、酸ウレイド基などが例示され、カルボキシル基がより好ましい。酸性基は、1種類のみであってもよいし、2種類以上含まれていても良い。
酸性基は、好ましくは、酸性基を含む繰り返し単位として、アルカリ可溶性樹脂の中に組み込まれる。酸性基を含む繰り返し単位は、アルカリ可能性樹脂の3〜50モル%の割合で含まれることが好ましく、10〜40モル%の割合で含まれることがより好ましく、15〜35モル%の割合で含まれることがさらに好ましい。
2種類以上の互いに異なる重合性不飽和基としては、((メタ)アクリロイルオキシ基、ビニル基、環状不飽和基など)が例示され、少なくとも、(メタ)アクリロイルオキシ基およびビニル基を含むことが好ましい。重合性不飽和基は、3種類以上でもよい。
2種類以上の互いに異なる重合性不飽和基は、好ましくは、それぞれ、重合性不飽和基を含む繰り返し単位として、アルカリ可溶性樹脂の中に組み込まれる。重合性不飽和基を含む繰り返し単位は、重合性不飽和基を含む繰り返し単位の合計で、アルカリ可溶性樹脂の40〜97モル%であることが好ましく、50〜90モル%であることがより好ましい。
さらに、2種類以上の互いに異なる重合性不飽和基として、少なくとも、(メタ)アクリロイルオキシ基を含む繰り返し単位およびビニル基を含む繰り返し単位を含む場合、(メタ)アクリロイルオキシ基を含む繰り返し単位が1〜30モル%で、ビニル基を含む繰り返し単位が40〜80モル%であることが好ましい。
一般式(A)
一般式(B)
一般式(C)
一般式(C)におけるAcは、メタクリロイルオキシ基が好ましい。
一般式(3−1)におけるXは、直鎖、分岐または環状の、置換または無置換のアルキレン基または、該アルキレン基と、−O−、−C(=O)−および−NH−の少なくとも1種以上との組み合わせからなる基が好ましい。アルキレン基が有していてもよい置換基としては、例えば、水酸基が挙げられる。アルキレン基の炭素数は、1〜15が好ましい。
一般式(3−1)におけるAcは、メタクリロイルオキシ基が好ましい。
かかる他の繰り返し単位としては、下記一般式(D)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
一般式(D)
Rはメチル基が好ましい。
Aは、直鎖、分岐または環状の、置換または無置換のアルキレン基が好ましい。アルキレン基としては、炭素数1〜20が好ましい。また、置換基としては水酸基が好ましい。
一般式I
一般式II
一般式III
前記その他の単量体としては、特に制限はなく、例えば分岐および/または脂環構造を有する基を含有する単量体としては、スチレン類、(メタ)アクリレート類、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、(メタ)アクリルアミド類などが挙げられ、(メタ)アクリレート類、ビニルエステル類、(メタ)アクリルアミド類が好ましく、さらに好ましくは(メタ)アクリレート類である。単量体の具体例としては、炭素原子数5〜20個の脂環式炭化水素基を有する(メタ)アクリレートである。具体的な例としては、(メタ)アクリル酸(ビシクロ−2,2,1−ヘプチル−2)、(メタ)アクリル酸−1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸−2−アダマンチル、(メタ)アクリル酸−3−メチル−1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸−3,5−ジメチル−1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸−3−エチルアダマンチル、(メタ)アクリル酸−3−メチル−5−エチル−1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸−3,5,8−トリエチル−1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸−3,5−ジメチル−8−エチル−1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸オクタヒドロ−4,7−メンタノインデン−5−イル、(メタ)アクリル酸オクタヒドロ−4,7−メンタノインデン−1−イルメチル、(メタ)アクリル酸−1−メンチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデシル、(メタ)アクリル酸−3−ヒドロキシ−2,6,6−トリメチル−ビシクロ〔3,1,1〕ヘプチル、(メタ)アクリル酸−3,7,7−トリメチル−4−ヒドロキシ−ビシクロ〔4,1,0〕ヘプチル、(メタ)アクリル酸(ノル)ボルニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸フエンチル、(メタ)アクリル酸−2,2,5−トリメチルシクロヘキシルなどが挙げられる。これら(メタ)アクリル酸エステルの中でも、メタクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸(ノル)ボルニル、(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−2−アダマンチル、メタクリル酸フエンチル、メタクリル酸1−メンチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデシルなどが好ましく、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸(ノル)ボルニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸−2−アダマンチルが特に好ましい。
前記ビニルエーテル基としては、特に制限はなく、例えば、ブチルビニルエーテル基などが挙げられる。
前記ビニルエステル基としては、特に制限はなく、例えば、酢酸ビニル基などが挙げられる。前記炭化水素アルケニル基としては、特に制限はなく、例えば、ブタジエン基、イソプレン基などが挙げられる。
重合性化合物としては、例えば少なくとも一個のエチレン性不飽和二重結合を有する重合性化合物であり、公知の組成物を構成する成分から選択して用いることができ、特開2006−23696号公報の段落番号[0010]〜[0020]に記載の成分や、特開2006−64921号公報の段落番号[0027]〜[0053]に記載の成分を挙げることができる。
その他の例としては、特開昭48−64183号公報、特公昭49−43191号公報、特公昭52−30490号公報の各公報に記載されているようなポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸とを反応させて得られるエポキシアクリレート類等の多官能のアクリレートやメタクリレートを挙げることができる。さらに日本接着協会誌vol.20、No.7、300〜308ページ(1984年)に光硬化性モノマーおよびオリゴマーとして紹介されているものも使用することができる。
これらの重合性化合物は単独で、或いは2種以上の併用で用いることができる。
光重合開始剤は、前記重合性化合物を重合させ得るものであれば、特に制限はなく、特性、開始効率、吸収波長、入手性、コスト等の観点で選ばれるのが好ましい。
光重合開始剤は、露光光により感光し、重合性化合物の重合を開始、促進する化合物である。波長300nm以上の活性光線に感応し、重合性化合物の重合を開始、促進する化合物が好ましい。また、波長300nm以上の活性光線に直接感応しない光重合開始剤についても、増感剤と組み合わせて好ましく用いることができる。
これらの中でも、感度の点から、オキシムエステル化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物が好ましい。
なかでも、X1、X2、およびX3がいずれも、水素原子を表すか、或いは、X1がアルキル基を表し、X2、およびX3がいずれも水素原子を表すことが好ましい。
RおよびR’で表されるアリール基としては、例えば、フェニル、トリル、キシリル、エチルフェニル、クロロフェニル、ナフチル、アンスリル、フェナンスレニル等が挙げられる。
RおよびR’で表されるアラルキル基としては、例えば、ベンジル、クロロベンジル、α−メチルベンジル、α、α−ジメチルベンジル、フェニルエチル、フェニルエテニル等が挙げられる。
RおよびR’で表される複素環基としては、例えば、ピリジル、ピリミジル、フリル、チオフェニル等が挙げられる。
また、RおよびR’は互いに結合して形成される環としては、例えば、ピペリジン環、モルホリン環等が挙げられる。
R22で表される一価の非金属原子団としては、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルキルスルホニル基、置換基を有してもよいアリールスルホニル基、置換基を有してもよいアシル基、置換基を有してもよい複素環基、等が挙げられる。
前記置換基としては、例えば、下記の構造式で表される基が挙げられ、中でも、(d−1)(d−4)および(d−5)のいずれかが好ましい。
これらの基に導入しうる置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基、p−トリルオキシ基等のアリールオキシ基、メトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基等が挙げられる。
具体的にはArは、フェニル基、ビフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、ターフェニル基、クオーターフェニル基、o−、m−、およびp−トリル基、キシリル基、o−、m−、およびp−クメニル基、メシチル基等が挙げられる。中でも、感度を高め、加熱経時による着色を抑制する点から、置換または無置換のフェニル基が好ましい。
一般式(III)において、X22が複数存在する場合、複数のX22は同じであっても、異なっていてもよい。
本発明の感光性樹脂組成物には増感剤を加えることもできる。本発明に用いる典型的な増感剤としては、クリベロ〔J.V.Crivello,Adv.in Polymer Sci,62,1(1984)〕に開示しているものが挙げられ、具体的には、ピレン、ペリレン、アクリジン、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、ベンゾフラビン、N−ビニルカルバゾール、9,10−ジブトキシアントラセン、アントラキノン、ベンゾフェノン、クマリン、ケトクマリン、フェナントレン、カンファキノン、フェノチアジン誘導体などを挙げることができる。増感剤は、光重合開始剤に対し、50〜200質量%の割合で添加することが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、多官能チオール化合物を含んでも良い。
本発明の感光性樹脂組成物は、多官能チオール化合物を含むことで、感度を高め、染料等の色材起因のイオン溶出等が抑制され、液晶表示装置のカラーフィルタ作製に本発明の感光性樹脂組成物を用いたとき、クロストーク等の画質の劣化を防止することができ、鮮明な高画質の表示が可能となる。且つ、本発明の感光性樹脂組成物を用いたカラーフィルタは、パターン形状が適当なテーパを有することができるので、透明電極を付与しても透明電極の断線がなく、しかもパターン現像における着色画素の突起などが生じず、パターンの直線性が良好である。本発明の感光性樹脂組成物を用いたカラーフィルタを備えることによって、高画質の液晶表示装置を得ることができる。
一般式(2)中のRにおけるアルキル基としては、直鎖、分岐、および環状のアルキル基であり、炭素数の範囲としては1〜16が好ましく、1〜10の範囲であることがより好ましい。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、へキシル基、2−エチルへキシル基等であり、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基が好ましい。
Rとしては、特に水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基が好ましく、メチル基、エチル基が最も好ましい。
一般式(1)中のn価の連結基であるLとしては、例えば−(CH2)m−(mは2〜6)などの2価の連結基、トリメチロールプロパン残基、−(CH2)p−(pは2〜6)を3個有するイソシアヌール環などの3価の連結基、ペンタエリスリトール残基などの4価の連結基などの5価の連結基、ジペンタエリスリトール残基などの6価の連結基が挙げられる。
着色剤としては、顔料、染料、または顔料と染料の混合系などのいずれでも良い。
顔料としては、従来公知の種々の無機顔料または有機顔料を用いることができるが、信頼性の観点で有機顔料を用いることが好ましい。本発明において有機顔料として、例えば、特開2009−256572号公報の段落〔0093〕に記載の有機顔料が挙げられる。
また特に、
C.I.Pigment Red 177、224、242、254、255、264、
C.I.Pigment Yellow 138、139、150、180、185、
C.I.Pigment Orange 36、38、71、
C.I.Pigment Green 7、36、58、
C.I.Pigment Blue 15:6、
C.I.Pigment Violet 23
が色再現性の観点で好適であるが、本発明においてはこれらに限定されるものではない。これら有機顔料は、単独で、または、色純度を上げるため種々組合せて用いることもできる。
顔料としては平均一次粒子サイズが10nm〜30nmの顔料が好ましい。上記態様であると、色相とコントラストに優れる感光性樹脂組成物が得られる。
本発明の感光性樹脂組成物に含んでもよい染料としては、メチン系、ピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、トリアリールメタン系、アントラキノン系、アンスラピリドン系、ベンジリデン系、オキソノール系、ジピロメテン金属錯体化合物、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、シアニン系、、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系、キサンテン系、スクアリリウム系、フタロシアニン系、ペンゾピラン系、インジゴ系等の染料である。
一般式(I)で表される化合物が金属原子または金属化合物に配位したジピロメテン系金属錯体化合物について詳細に説明する。
なお、形成される5員、6員、および7員の環が、さらに置換可能な基である場合には、前記置換基Rのいずれかで置換されていてもよく、2個以上の置換基で置換されている場合には、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよい。
また、一般式(I)において、R7がハロゲン原子、アルキル基、アリール基、またはヘテロ環基である場合、これらの好ましい範囲は、前述のR1〜R6としてのハロゲン原子、アルキル基、アリール基、またはヘテロ環基の好ましい範囲と同様である。
一般式(I)において、前記R3およびR4としては、上記の中でも、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のヘテロ環基が好ましく、さらに好ましくは置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基である。
R3およびR4がヘテロ環基を表す場合の、該ヘテロ環基としては、好ましくは、置換または無置換の2−チエニル基、置換または無置換の4−ピリジル基、置換または無置換の3−ピリジル基、置換または無置換の2−ピリジル基、置換または無置換の2−フリル基、置換または無置換の2−ピリミジニル基、置換または無置換の2−ベンゾチアゾリル基、置換または無置換の1−イミダゾリル基、置換または無置換の1−ピラゾリル基、置換または無置換のベンゾトリアゾール−1−イル基が挙げられ、より好ましくは置換または無置換の2−チエニル基、置換または無置換の4−ピリジル基、置換または無置換の2−フリル基、置換または無置換の2−ピリミジニル基、置換または無置換の1−ピリジル基が挙げられる。
金属または金属化合物としては、錯体を形成可能な金属原子または金属化合物であればいずれであってもよく、2価の金属原子、2価の金属酸化物、2価の金属水酸化物、または2価の金属塩化物が含まれる。例えば、Zn、Mg、Si、Sn、Rh、Pt、Pd、Mo、Mn、Pb、Cu、Ni、Co、Fe、B等の他に、AlCl、InCl、FeCl、TiCl2、SnCl2、SiCl2、GeCl2などの金属塩化物、TiO、VO等の金属酸化物、Si(OH)2等の金属水酸化物も含まれる。
これらの中でも、錯体の安定性、分光特性、耐熱、耐光性、および製造適性等の観点から、Fe、Zn、Mg、Si、Pt、Pd、Mo、Mn、Cu、Ni、Co、TiO、B、またはVOが好ましく、Fe、Zn、Mg、Si、Pt、Pd、Cu、Ni、Co、B、またはVOがさらに好ましく、Fe、Zn、Cu、Co、B、またはVO(V=O)が最も好ましい。これらの中でも、特にZnが好ましい。
一般式(I−1)中のMaは、金属原子または金属化合物を表し、前記「一般式(I)で表される化合物が金属原子または金属化合物に配位した錯体」における金属原子または金属化合物と同義であり、その好ましい範囲も同様である。
一般式(I−1)中のR7は、一般式(I)中のR7と同義であり、好ましい態様も同様である。
中でも、製造の点で、ハロゲン原子、脂肪族カルボン酸基、芳香族カルボン酸基、脂肪族イミド基、芳香族イミド基、スルホン酸基、含窒素環化合物が好ましく、水酸基、脂肪族カルボン酸基、芳香族イミド基、含窒素環化合物がより好ましい。
一般式(I−2)中のR8〜R13で表される置換基は、一般式(I)で表される化合物のR1〜R6で表される置換基と同義であり、その好ましい態様も同様である。一般式(I−2)で表される化合物のR8〜R13で表される置換基がさらに置換可能な基である場合には、前述した置換基Rのいずれかで置換されていてもよく、2個以上の置換基で置換されている場合には、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよい。
一般式(I−2)中のR14は、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、またはヘテロ環基を表し、R14の好ましい範囲は、前記R7の好ましい範囲と同様である。R14がさらに置換可能な基である場合には、前述した置換基Rのいずれかで置換されていてもよく、2個以上の置換基で置換されている場合には、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよい。
一般式(I−3)中のMaは、金属または金属化合物を表し、前記一般式(I)で表される化合物が金属原子または金属化合物に配位した錯体における金属原子または金属化合物と同義であり、その好ましい範囲も同様である。
X3およびX4として好ましくは、各々独立に、酸素原子、または硫黄原子であり、X3およびX4として特に好ましくは、ともに酸素原子である。
Y1およびY2として好ましくは、各々独立に、NRb(Rbは水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基)であり、Y1およびY2として特に好ましくは、ともにNHである。
本発明の感光性樹脂組成物は、有機溶剤を含有することができる。
有機溶剤は、並存する各成分の溶解性や感光性樹脂組成物としたときの塗布性を満足できるものであれば、基本的には特に制限はなく、特に、固形分の溶解性、塗布性、安全性を考慮して選ばれることが好ましい。
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、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等が挙げられる。
芳香族炭化水素類としては、例えば、トルエン、キシレン等が好適に挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤としては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系、または、両性のいずれでも使用することができるが、好ましい界面活性剤はノニオン系界面活性剤である。具体的には、特開2009−098616号公報の段落番号0058に記載のノニオン系界面活性剤が挙げられ、中でもフッ素系界面活性剤が好ましい。
本発明に用いることができるこの他の界面活性剤としては、例えば、市販品である、メガファックF142D、同F172、同F173、同F176、同F177、同F183、同F479、同F482、同F554、同F780、同F781、同F781−F、同R30、同R08、同F−472SF、同BL20、同R−61、同R−90(DIC(株)製)、フロラードFC−135、同FC−170C、同FC−430、同FC−431、Novec FC−4430(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG7105,7000,950,7600、サーフロンS−112、同S−113、同S−131、同S−141、同S−145、同S−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(旭硝子(株)製)、エフトップEF351、同352、同801、同802(三菱マテリアル電子化成(株)製)、フタージェント250(ネオス(株)製)などが挙げられる。
また、界面活性剤として、下記式(W)で表される構成単位Aおよび構成単位Bを含み、テトラヒドロフランを溶媒としてゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が1,000〜10,000である共重合体を好ましい例として挙げることができる。
濡れ性の点で、炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、炭素数2または3のアルキル基がより好ましい。
式(W)におけるpとqとの和(p+q)は、p+q=100、すなわち、100質量%であることが好ましい。
前記共重合体の重量平均分子量(Mw)は、1,500〜5,000がより好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物における界面活性剤の添加量は、感光性樹脂組成物の全固形分中0.01〜2.0質量%が好ましく、0.02〜1.0質量%が特に好ましい。この範囲であると、塗布性および硬化膜の均一性が良好となる。
本発明の感光性樹脂組成物は、密着改良剤を含有してもよい。
密着改良剤は、支持体となる無機物、例えば、ガラス、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン等のシリコン化合物、金、銅、アルミニウム等と感光性樹脂組成物層の硬化膜との密着性を向上させる化合物である。具体的には、シランカップリング剤等が挙げられる。密着改良剤としてのシランカップリング剤は、界面の改質を目的とするものであり、特に限定することなく、公知のものを使用することができる。
シランカップリング剤としては、特開2009−98616号公報の段落0048に記載のシランカップリング剤が好ましく、中でもγ−グリシドキシプロピルトリアルコキシシランやγ−メタクリロキシプロピルトリアルコキシシランがより好ましい。これらは1種単独または2種以上を併用できる。
本発明の感光性樹脂組成物における密着改良剤の含有量は、感光性樹脂組成物の全固形分量に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.2〜5質量%がより好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物に補足的に架橋剤を用い、感光性樹脂組成物を硬化させてなる硬化層の硬度をより高めることもできる。
架橋剤としては、架橋反応により膜硬化を行なえるものであれば、特に限定はなく、例えば、(a)エポキシ樹脂、(b)メチロール基、アルコキシメチル基、およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの置換基で置換された、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物またはウレア化合物、(c)メチロール基、アルコキシメチル基、およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの置換基で置換された、フェノール化合物、ナフトール化合物またはヒドロキシアントラセン化合物、が挙げられる。中でも、多官能エポキシ樹脂が好ましい。
架橋剤の具体例などの詳細については、特開2004−295116号公報の段落番号〔0134〕〜〔0147〕の記載を参照することができる。
感光性樹脂組成物層を露光した場合の非露光領域のアルカリ溶解性を促進し、感光性樹脂組成物の現像性の更なる向上を図る場合には、現像促進剤を添加することもできる。現像促進剤は好ましくは分子量1000以下の低分子量有機カルボン酸化合物、分子量1000以下の低分子量フェノール化合物である。
具体的には、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、ジエチル酢酸、エナント酸、カプリル酸等の脂肪族モノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸、ジメチルマロン酸、メチルコハク酸、テトラメチルコハク酸、シトラコン酸等の脂肪族ジカルボン酸;トリカルバリル酸、アコニット酸、カンホロン酸等の脂肪族トリカルボン酸;安息香酸、トルイル酸、クミン酸、ヘメリト酸、メシチレン酸等の芳香族モノカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリト酸、トリメシン酸、メロファン酸、ピロメリト酸等の芳香族ポリカルボン酸;フェニル酢酸、ヒドロアトロパ酸、ヒドロケイ皮酸、マンデル酸、フェニルコハク酸、アトロパ酸、ケイ皮酸、ケイ皮酸メチル、ケイ皮酸ベンジル、シンナミリデン酢酸、クマル酸、ウンベル酸等が挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物には、さらに必要に応じて、各種添加物、例えば、充填剤、上記以外の高分子化合物、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を配合することができる。これらの添加物としては、特開2004−295116号公報の段落番号〔0155〕〜〔0156〕に記載のものを挙げることができる。
本発明の感光性樹脂組成物においては、特開2004−295116号公報の段落番号〔0078〕に記載の光安定剤、同公報の段落番号〔0081〕に記載の熱重合防止剤(重合禁止剤)を含有することができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、前述の各成分と必要に応じて任意成分とを混合することで調製される。着色剤としては顔料、染料、または顔料と染料の混合系などのいずれでもよい。
なお、感光性樹脂組成物の調製に際しては、感光性樹脂組成物を構成する各成分を一括配合してもよいし、各成分を溶剤に溶解・分散した後に逐次配合してもよい。また、配合する際の投入順序や作業条件は特に制約を受けない。例えば、全成分を同時に溶剤に溶解・分散して組成物を調製してもよいし、必要に応じては、各成分を適宜2つ以上の溶液・分散液としておいて、使用時(塗布時)にこれらを混合して感光性樹脂組成物として調製してもよい。
上記のようにして調製された感光性樹脂組成物は、好ましくは、孔径0.01μm〜3.0μm程度のフィルタなどを用いて濾別した後、使用に供することができる。
本発明のカラーフィルタは、基板と、該基板上に本発明の感光性樹脂組成物からなる着色領域と、を設けて構成されたものである。基板上の着色領域は、カラーフィルタの各画素をなす例えば赤(R)、緑(G)、青(B)等の着色層で構成されている。
また、本発明のカラーフィルタの製造方法では、特に、工程(C)で得られた着色パターンに対して加熱処理を行なう工程(D)をさらに設けた態様が好ましい。
以下、本発明のカラーフィルタの製造方法について、より具体的に説明する。
本発明のカラーフィルタの製造方法では、まず、支持体上に、既述の本発明の感光性樹脂組成物を回転塗布、スリット塗布、流延塗布、ロール塗布、バー塗布、インクジェット等の塗布方法により適用して着色層を形成し、その後、該着色層を加熱(プリベーク)または真空乾燥などで乾燥させる。
また、感光性樹脂組成物により形成される着色層の厚みは、目的に応じて適宜選択される。液晶表示装置用カラーフィルタにおいては、0.2μm〜5.0μmの範囲が好ましく、1.0μm〜4.0μmの範囲がさらに好ましい。なお、着色層の厚みは、乾燥後の膜厚である。
続いて、本発明のカラーフィルタの製造方法では、支持体上に形成された着色層に対して、パターン様の露光が行なわれる。露光に適用し得る光もしくは放射線としては、g線、h線、i線、各種レーザー光が好ましく、特にi線が好ましい。照射光にi線を用いる場合、5mJ/cm2〜500mJ/cm2の露光量で照射することが好ましい。
レーザー光源を用いた露光方式では照射光は、波長が300nm〜410nmの範囲である波長の範囲の紫外光レーザーが好ましく、さらに好ましくは300nm〜360nmの範囲の波長である。具体的には、特に出力が大きく、比較的安価な固体レーザーのNd:YAGレーザーの第三高調波(355nm)や、エキシマレーザーのXeCl(308nm)、XeF(353nm)を好適に用いることができる。パターン露光量としては、生産性の観点から、1mJ/cm2〜100mJ/cm2の範囲が好ましく、1mJ/cm2〜50mJ/cm2の範囲がより好ましい。
続いて、露光後の着色層に対して、現像液にて現像が行なわれる。これにより、着色パターンを形成することができる。現像液は、着色層の未硬化部を溶解し、硬化部を溶解しないものであれば、種々の有機溶剤の組み合わせやアルカリ性水溶液を用いることができる。現像液がアルカリ性水溶液である場合、アルカリ濃度が好ましくはpH10〜13となるように調整するのがよい。前記アルカリ性水溶液としては、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、炭酸水素ナトリウム、硅酸ナトリウム、メタ硅酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、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、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−7−ウンデセン等のアルカリ性水溶液が挙げられる。
現像時間は、30秒〜300秒が好ましく、さらに好ましくは30秒〜120秒である。現像温度は、20℃〜40℃が好ましく、さらに好ましくは23℃である。
現像は、パドル方式、シャワー方式、スプレー方式等で行なうことができる。
また、アルカリ性水溶液を用いて現像した後は、水で洗浄することが好ましい。
現像後の着色パターンに対して、あるいは上記のような紫外線照射による後露光が行なわれた着色パターンに対して、さらに加熱処理を行なうことが好ましい。形成された着色パターンを加熱処理(いわゆるポストベーク処理)することにより、着色パターンをさらに硬化させることができる。この加熱処理は、例えば、ホットプレート、各種ヒーター、オーブンなどにより行なうことができる。
加熱処理の際の温度としては、100℃〜300℃であることが好ましく、さらに好ましくは、150℃〜250℃である。また、加熱時間は、10分〜120分程度が好ましい。
なお、単色の着色層の形成、露光、現像が終了する毎に(1色毎に)、前記工程(D)を行なってもよいし、所望の色数の全ての着色層の形成、露光、現像が終了した後に、一括して前記工程(D)を行なってもよい。
本発明の液晶表示装置は、既述の本発明のカラーフィルタを備えたものである。液晶表示装置の定義や各表示装置の詳細については、例えば「電子ディスプレイデバイス(佐々木 昭夫著、(株)工業調査会 1990年発行)」、「ディスプレイデバイス(伊吹 順章著、産業図書(株)平成元年発行)」などに記載されている。また、液晶表示装置については、例えば「次世代液晶ディスプレイ技術(内田 龍男編集、(株)工業調査会 1994年発行)」に記載されている。本発明が適用できる液晶表示装置に特に制限はなく、例えば、上記の「次世代液晶ディスプレイ技術」に記載されている色々な方式の液晶表示装置に適用できる。
本発明のフォトスペーサーは、既述の本発明の感光性樹脂組成物を用いて形成されたものである。感光性樹脂組成物の詳細および好ましい態様については、既述した通りである。
本発明のフォトスペーサーは、本発明の感光性樹脂組成物を用いて構成されるので、断面形状の均一性および高さの均一性に優れる(即ち、断面形状のバラツキや高さのバラツキ)。
さらに、本発明の感光性樹脂組成物を含有する場合には、フォトスペーサーとして必要とされる高い圧縮弾性率、変形回復性を持つフォトスペーサーが得られる。
前記矩形に近い形状としては、パターン構造物の断面において、パターン構造物側面に相当する線とパターン構造物下面に相当する線とのなす角(以下、「テーパー角度」ともいう)が40°〜100°である形状がより好ましい。
ここで、前記パターン構造物下面とは、パターン構造物の面のうち、該パターン構造物が形成された下地との接触面をいう。また、前記パターン構造物側面とは、パターン構造物の面のうち、前記パターン構造物下面にもパターン構造物上面(前記パターン構造物下面と平行な面であって、前記下地と接触しない面)にも該当しない面をいう。
本発明のフォトスペーサーの形成方法は、(イ)既述の本発明の感光性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する工程(以下、「被膜形成工程」ともいう。)と、(ロ)前記被膜の少なくとも一部を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう。)と、(ハ)露光後の前記被膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう。)と、を設けて構成されており、必要に応じて、(ニ)現像後の前記被膜を加熱する工程(以下、「被膜加熱工程」ともいう。)や、さらに他の工程を設けて構成されてもよい。
被膜形成工程は、既述の本発明の感光性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する。被膜として感光性樹脂層を形成することができ、この感光性樹脂層は、後述の露光工程や現像工程等の他工程を経ることにより、セル厚を均一に保持し得るフォトスペーサーを構成する。本発明のフォトスペーサーを用いることにより、特にセル厚の変動で表示ムラが生じやすい表示装置(特に液晶表示装置)における画像中の表示ムラが効果的に解消される。
感光性樹脂組成物の塗布は、公知の塗布法、例えば、スピンコート法、カーテンコート法、スリットコート法、ディップコート法、エアーナイフコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、あるいは米国特許第2681294号明細書に記載のポッパーを使用するエクストルージョンコート法等により行なうことができる。中でも、特開2004−89851号公報、特開2004−17043号公報、特開2003−170098号公報、特開2003−164787号公報、特開2003−10767号公報、特開2002−79163号公報、特開2001−310147号公報等に記載のスリットノズルあるいはスリットコーターによる方法が好適である。
転写は、感光性転写材料を用いて、仮支持体上に膜状に形成された感光性樹脂層を所望の基板面に例えば加熱および/または加圧したローラーまたは平板を用いて圧着または加熱圧着することによって貼り合せた後、仮支持体の剥離により感光性樹脂層を基板上に転写する。具体的には、特開平7−110575号公報、特開平11−77942号公報、特開2000−334836号公報、特開2002−148794号公報に記載のラミネーターおよびラミネート方法が挙げられ、低異物の観点で、特開平7−110575号公報に記載の方法を用いるのが好ましい。
感光性転写材料を構成する仮支持体、酸素遮断層、熱可塑性樹脂層、その他の層や該感光性転写材料の作製方法については、特開2006−23696号公報の段落番号[0024]〜[0030]に記載の構成、作製方法を適用することができる。
露光工程では、前記被膜形成工程で形成された被膜の少なくとも一部を露光し、潜像を形成する。その後の現像工程では、前記露光工程で露光された被膜を現像し、所望の形状のスペーサーパターンを形成することができる。
「加熱工程無し」とすることで、形成しようとするフォトスペーサーの劣化や、既に形成されているパターン構造物(着色パターン等)や保護膜の劣化を、より効果的に抑制できる。
「加熱工程無し」とする場合の露光量としては、1〜500mJ/cm2が好ましく、10〜300mJ/cm2が好ましい。
本発明のフォトスペーサーの形成方法は、前記現像工程における現像後の被膜を加熱する被膜加熱工程を設けることもできる。加熱により、被膜の硬化がより促進され、高強度を有するフォトスペーサーが得られる。また、感光性樹脂組成物が前記樹脂Aを含む場合には、圧縮弾性率、弾性回復性の良好なフォトスペーサーが得られる。
前記表示装置用基板にはさらに、必要に応じて赤色(R)、青色(B)、緑色(G)3色等の着色画素が設けられてもよい。
前記黒色遮蔽部および着色部とフォトスペーサーとは、感光性樹脂組成物を塗布する塗布法と感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を有する転写材料を用いる転写法と、を任意に組合せて形成することが可能である。
前記黒色遮蔽部および着色部並びに前記フォトスペーサーはそれぞれ感光性樹脂組成物から形成でき、具体的には、例えば、基板に液体の前記感光性樹脂組成物を直接塗布することにより感光性樹脂層を形成した後に、露光・現像を行ない、前記黒色遮蔽部および着色部をパターン状に形成し、その後、別の液体の前記感光性樹脂組成物を前記基板とは異なる別の基板(仮支持体)上に設置して感光性樹脂層を形成することにより作製された転写材料を用い、この転写材料を前記黒色遮蔽部および着色部が形成された前記基板に密着させて感光性樹脂層を転写した後に、露光・現像を行うことによりフォトスペーサーをパターン状に形成することができる。
このようにして、フォトスペーサーが設けられたカラーフィルタを作製することができる。
本発明の保護膜は、本発明の感光性樹脂組成物を用いた方法であれば、いずれの方法で形成されてもよいが、前述の本発明のフォトスペーサーの形成方法と同様の方法により形成できる。ここで、保護膜にパターニングを施さない場合、即ち、保護膜をいわゆるベタ膜として形成する場合には、前記(ロ)露光工程において、被膜を全面露光する方法が好適である。
攪拌棒および攪拌羽根、還流冷却器、滴下漏斗および温度計を設置した3リットルの4つ口フラスコに反応溶媒として2−メトキシプロパノール(500g)を入れ窒素置換しながら70℃に加熱した。滴下漏斗にメタクリル酸アリル(82.3g)、メタクリル酸(17.7g)および重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(0.74g)を500gの2−メトキシプロパノールに溶解して入れておき、2時間かけてこの混合溶液をフラスコ中に攪拌しながら滴下した。反応終了後、さらに反応温度70℃で2時間攪拌し、加熱終了後、冷却した。蒸留水5リットルを攪拌しているところに、上記反応液を滴下し、析出した固体をろ取した。この固体を50℃にて乾燥し、白色粉体ポリマー(88g)(一般式IIの化合物)を得た。酸価測定より、メタクリル酸/メタクリル酸アリル=24/76(単位:モル%)であった。
1リットルの三つ口フラスコに、上記で得られたポリマー(50g)、2−メトキシプロパノール(82g)を投入し、攪拌しながら110℃に加熱した。重合禁止剤として、メトキシフェノール(0.6g)を投入し、溶解させた。この溶液を酸素雰囲気下にて、攪拌しているところに、メタクリル酸グリシジル(2.44g)を滴下し、そのまま6時間反応させた。反応終了後、蒸留水(820g)を攪拌しているところに、反応液を滴下し、再沈させた。このポリマーをろ取し、50℃にて乾燥し、白色粉体A(46g)を得た。再度、酸価測定した結果、メタクリル酸/メタクリル酸アリル/グリシジル付加体=20/76/4(単位:モル%)であった。GPCでの重量平均分子量は、3.0万であった。
上記ポリマーP−1の合成例においてポリ(メタクリル酸/メタクリル酸アリル/メタクリル酸グリシジル)を次のように置き換えてそれぞれポリマーP−2〜P−4を合成した。
ポリマーP―2:ポリ(メタクリル酸/メタクリル酸アリル/メタクリル酸グリシジル)(共重合モル比24/70/6、重量平均分子量:3.2万)
ポリマーP―3:ポリ(メタクリル酸/メタクリル酸アリル/メタクリル酸グリシジル)(共重合モル比24/60/16、重量平均分子量:3.5万)
ポリマーP―4:ポリ(メタクリル酸/メタクリル酸アリル/メタクリル酸グリシジル)(共重合モル比24/50/26、重量平均分子量:3.3万)
上記ポリマーP−1の合成例において、メタクリル酸グリシジルをサイクロマー(CYCLOMERA−200:ダイセル化学工業(株)製)に変更した以外は、ポリマーP−1の合成例と同様の方法により合成し、アルカリ可溶性樹脂ポリマーP−5〜P−8を合成した。
ポリマーP−9〜P−12は、前記一般式IIIを経由して合成した。具体的には、一般IIの化合物合成時に更に2-エチルヘキシルメタアクリレートモノマーを共重合させた以外は一般IIの化合物合成と同様の方法により、一般式IIIのR6がエチル基である一般式IIIの化合物を合成した。
得られたポリマーに、2−メトキシプロパノール(82g)を投入し、攪拌しながら50℃に加熱した。重合禁止剤として、メトキシフェノール(0.6g)を投入し、溶解させた。この溶液を酸素雰囲気下にて、攪拌しているところに、2−メタクリロイルエチルイソシアネート(昭和電工製、カレンズMOI)を反応させて合成した。
上記ポリマーP−1の合成例において、上記白色粉体ポリマーを合成する際に、メタクリル酸およびメタクリル酸アリルに加えて、ヘキシルメタクリレート又はジシクロペンテニルメタアクリレートを共重合させた以外は、ポリマーP−1の合成例と同様の方法により合成し、アルカリ可溶性樹脂ポリマーP−13〜P−16を合成した。
上記ポリマーP−9の合成例において、一般式IIIの化合物を合成する際に、さらに、ジシクロペンテニルメタアクリレートを共重合させた以外は、ポリマーP−9の合成例と同様の方法により合成し、ポリマーP−17、P−18を合成した。
ポリマーP−19〜P−20は、前記一般式IIIを経由して合成した。更に一般式IIIにポリマーP−1の合成例と同じようにメタクリル酸グリシジルを滴下反応させて、ポリマーP−19〜P−20を合成した。
150mlフラスコに、テトラクロロフタロニトリル(以下、TCPNと略す)7.98g(0.030モル)とp−ヒドロキシ安息香酸メチルセルソルブ5.95g(0.030モル)、アセトニトリル31.91gを投入し、マグネチックスターラーを用いて、内温が40℃に安定するまで約30分攪拌した後、炭酸カリウム4.56g(0.033モル)を投入して約3時間反応させた。冷却後、吸引ろ過して得た溶液を約110℃×1時間の条件にてエバポレーション処理により溶剤を溜去した。さらに、約110℃で一晩真空乾燥し、約13.1g(TCPNに対する収率102.4モル%)が得られた。
150mlフラスコに、合成例1で得られた中間体1、10.21g(0.024モル)、フタロニトリル0.16g(0.001モル)、ベンゾニトリル(BN)3.46gを投入し、窒素流通下(10ml/min)、マグネチックスターラーを用いて内温160℃に安定するまで約1時間攪拌した後、ヨウ化亜鉛2.22g(0.007モル)を投入して約12時間反応させた。冷却後、反応溶液を140℃×1hrの条件にてエバポレーション処理して溶媒を溜去した後、得られた固形物に、フタロシアニン化反応に使用した中間体1およびフタロニトリル重量の和(10.37g)からBNの重量(3.46g)を差し引いた重量に相当するメチルセルソルブ(6.9g)を加え、攪拌・溶解することで晶析溶液を調製した。次に、調製した晶析溶液をフタロシアニン化反応に使用した中間体1およびフタロニトリル重量の和の10倍量に相当するメタノール(103.8g)中に滴下し、30分攪拌した。その後、中間体重量の和の7倍量に相当する蒸留水(72.6g)を30分かけて滴下し、滴下終了後、さらに30分攪拌して結晶を析出させた。得られた結晶を吸引ろ過した後、再び晶析時の1/2倍量のメタノール(51.9g)を加えて30分攪拌した後、晶析時の1/2倍量の蒸留水(36.3g)を30分かけて滴下し、滴下終了後、さらに30分攪拌することで洗浄および精製を行った。吸引ろ過後、取り出した結晶を約60℃で一晩真空乾燥し、約10.7g(中間体1およびフタロニトリルに対する収率99.2モル%)が得られた。
−着色感光性樹脂組成物の調製−
下記の各成分を混合、溶解し、着色感光性樹脂組成物を調製した。
・有機溶剤1(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート) 33.1g
・有機溶剤2(3−エトキシプロピオン酸エチル) 25.2g
・アルカリ可溶性バインダーP−2 ポリ(メタクリル酸/メタクリル酸アリル/メタクリル酸グリシジル)(共重合モル比24/70/6、重量平均分子量:3.2万)
6.9g
・重合性化合物1 日本化薬(株)製、KAYARAD DPHA 2.8g
・重合性化合物2 東亜合成(株)製、アロニックス TO−2349 2.8g
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール) 0.003g
・光重合開始剤1 CGI−242:チバスペシャリティ ケミカルズ製 0.39g
・密着改良剤(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン) 0.2g
・フッ素系界面活性剤 (Megafac F554、DIC社製) 0.01g
・青色顔料分散液 (Pigment Blue 15:6分散液(固形分濃度16.8%、顔料濃 度9.9%))
28.5g
C.I.ピグメントブルー15:6を12.8部と分散剤(日本ルーブリゾール社製ソルスパース5500)7.2部とを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート80.0部と混合し、ビーズミルを用いて顔料を十分に分散させて、青色顔料分散液を調整した。
ガラス(#1737;コーニング社製)基板上に、上記で調製した着色感光性樹脂組成物をスピンコート法で塗布した後、室温で30分間乾燥させることにより揮発成分を揮発させて、着色層Aを形成した。この着色層Aにi線(波長365nm)を照射し、潜像を形成させた。i線の光源には超高圧水銀ランプを用い、平行光としてから照射するようにした。このとき、照射光量を40mJ/cm2とした。次いで、この潜像が形成された着色層Aに対して、炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウムの水溶液(濃度2.4%)を用いて26℃で45秒間現像し、次いで、流水で20秒間リンスした後、スプレーで乾燥して、細線パターン画像を得た。得られた細線パターン画像を230℃で20分間、ポストベーク処理を行ない、膜厚2μmの着色層Bを得た。
上記で得られた着色層の感度、液晶の比抵抗、分光特性、コントラスト、および密着性について、以下に示す方法で評価した。評価結果は、下記表2に示す。
上記で得た塗布乾燥後の着色層Aに、i線縮小投影露光装置を使用して、365nmの波長で線幅20μmのマスクを通して、照射光量を40mJ/cm2で照射した。照射後、現像液(炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウムの水溶液(濃度2.4%))を使用して、26℃で45秒間現像した。次いで、流水で20秒間リンスした後、スプレーで乾燥して、細線パターン画像を得た。得られた画像を光学顕微鏡により200倍の倍率で細線パターンの画像を撮影した。
この際、得られた画像より細線の幅を測定した。感度が高いほど、細線の幅は太くなるため、マスク幅からの細線幅の太り幅を線幅感度とした。数字が大きい方が高感度となり好ましい。
上記で得た着色層Bを基板から掻き取り、掻き取った物9.0mgを液晶材料ZLI−4792(メルク社製)2.00gに加えて120℃で5時間加熱した。その後、濾過し、液晶材料の比抵抗を液晶比抵抗測定装置(型番ADVANTEST R8340 ULTRA HIGHT RESISTANCE ME(株)アドバンテスト製)により測定した。金属イオンの溶出により液晶材料の比抵抗は低下するため、その比抵抗の程度で金属イオンの溶出を評価できる。
<評価基準>
○:比抵抗≧1.0×1011MΩであり、液晶表示装置に組み込んでパネルとした際に焼付き故障がみられなかった。
×:比抵抗<1.0×1011MΩであり、液晶表示装置に組み込んでパネルとした際の焼付き故障が生じた。
上記で得た着色層Bの透過スペクトルを、オリンパス(株)製の顕微分光測定装置OSP−SP200(商品名)を用いて測定した。得られた透過スペクトルより、CIE1931表色系における色座標x値、y値、Y値を求めた。
分光特性は、(x、y)=(0.138、0.085)におけるY値が高い場合、優れた分光特性を有しているといえる。Y値が大きいほど分光特性に優れているといえる。
得られた各着色層Bを有する基板を2枚の偏光フィルムの間に挟み、2枚の偏光フィルムの偏光軸が平行な場合、及び垂直な場合の輝度の値を色彩輝度計(トプコン(株)製、型番:BM−5A)を使用して測定し、2枚の偏光フィルムの偏光軸が平行な場合の輝度を垂直な場合の輝度で除して、得られた値をコントラストとして求めた。コントラストが高いほど、液晶表示装置用のカラーフィルタとして良好な性能を示す。
上記で得た着色層Aについて、i線縮小投影露光装置を使用して、着色層Aに365nmの波長で、5、10、15、20、および25μmのマスク幅を有するマスクを通して露光量40mJ/cm2で照射した。照射後、前記現像液を使用して、23℃で60秒間現像した。次いで、流水で20秒間リンスした後、スプレーで乾燥して、細線パターン画像を得た。画像形成は光学顕微鏡およびSEM写真観察により通常の方法で観察した。そして、基板に残っている最も細い細線パターンのパターン寸法を密着性の評価とした。
より細い細線が残っているほうが密着性に優れているとすることができる。
−着色感光性樹脂組成物の調製−
下記の各成分を混合、溶解し、着色感光性樹脂組成物を調製した。
・有機溶剤1(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート) 33.1g
・有機溶剤2(3−エトキシプロピオン酸エチル) 25.2g
・アルカリ可溶性バインダーP−2 ポリ(メタクリル酸/メタクリル酸アリル/メタクリル酸グリシジル)(共重合モル比24/70/6、重量平均分子量 3.2万)
6.9g
・重合性化合物1 ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
日本化薬(株)製、KAYARAD DPHA 2.8g
・重合性化合物2
東亜合成(株)製、アロニックス TO−2349 2.8g
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール) 0.003g
・光重合開始剤1(1−(O−アセチルオキシム)−1−[9−エチル−6−(チオフェノイル)− 9H−カルバゾール−3−イル]エタノン): 0.39g
・多官能チオール化合物1 0.2g
・密着改良剤(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン) 0.2g
・フッ素系界面活性剤 (Megafac F554、DIC社製) 0.01g
・青色顔料分散液 (Pigment Blue 15:6分散液(固形分濃度16.8%、顔料濃 度9.9%))
27.0g
・染料(A−1) 1.1g
・染料(B−1) 0.4g
上記において、染料(A−1)はジピロメテン金属錯体化合物である染料であり、染料(B−1)はアントラキノン化合物(アントラセン−9,10−ジオン骨格を有する化合物)である。
上記着色感光性樹脂組成物を調整し、実施例1と同様に評価した。
実施例2において、アルカリ可溶性バインダーを、下記表に記載のようにそれぞれ変更し、それ以外は、実施例2と同様にして、着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に、評価を行なった。
実施例2において、染料(A−1/B−1)を染料(A−3)(0.6g)に変更した以外は、実施例2と同様にして、着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に評価を行なった。
染料(A−3)はキサンテン系染料である。
実施例1において、青色顔料分散液 (Pigment Blue 15:6分散液(固形分濃度16.8%、顔料濃度9.9%))を黄色顔料分散液(Pigment Yellow150分散液)(9.0g)、緑色顔料分散液(Pigment Green58分散液)(21.0g)に変更した以外は、実施例1と同様にして、着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に、評価を行なった。
実施例11は実施例10において、顔料を黄色顔料分散液(Pigment Yellow150分散液)のみに変更し、更に染料(TA−1)(0.6g)を使用することに変更した以外は、実施例10と同様にして、着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に評価を行なった。
TA−1はトリアリールメタン系染料である。
・フタロシアニン化合物 Pc−1 10部
・黄色着色材 YG−1 30部
・ベンジルメタクリレート/メタクリル酸(=70/30[モル比])共重合体(Mw:30,000)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液(固形分50%)
12部
・DPHA(日本化薬社製) 12部
・2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾリル二量体(光重合開始剤)
3部
・2−メルカプトベンゾチアゾール(水素供与性化合物) 2部
・重合禁止剤:p−メトキシフェノール 0.001部
・フッソ系界面活性剤(商品名:メガファックF475 大日本インキ製) 0.5部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 129部
下記組成の成分を混合し、ホモジナイザーを用いて回転数3,000r.p.m.で3時間撹拌して混合し、顔料を含む混合溶液を調製した。
〔組成〕
・Pigment Yellow 138 130部
・ベンジルメタクリレート/メタクリル酸(=70/30[モル比])共重合体(Mw:5,000)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液(固形分50%) 15部
・分散剤(Disperbyk−161、ビックケミー・ジャパン(株)製) 60部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 795部
実施例12で用いた黄色着色剤YG−1をD−1〜D−5の成分に変更した以外は、実施例12と同様に調整した。
実施例1において、P−2に変えて下記構造のアルカリ可溶性樹脂ポリマーQ−1を使用した以外は、実施例1と同様にして着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に、評価を行なった。評価結果は下記表2に示す。
実施例2において、P−2に変えて特開2002−293837号公報の実施例に記載の共重合樹脂(1’)を使用した以外は、実施例2と同様にして、着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に、評価を行なった。
実施例2において、P−2に変えてアルカリ可溶性樹脂ポリマーQ−1を使用し、さらに、染料を染料(A−3)(0.6g)に変更した以外は、実施例2と同様にして着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に、評価を行なった。
実施例10において、P−2に変えて下記構造のアルカリ可溶性樹脂ポリマーQ−1を使用した以外は、実施例10と同様にして着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に、評価を行なった。
実施例11において、P−2に変えて下記構造のアルカリ可溶性樹脂ポリマーQ−1を使用した以外は、実施例11と同様にして着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に、評価を行なった。
実施例13において、P−2に変えて下記構造のアルカリ可溶性樹脂ポリマーQ−1を使用した以外は、実施例13と同様にして着色感光性樹脂組成物を調製し、着色層を形成すると共に、評価を行なった。
実施例1〜17の本発明のアルカリ可溶性樹脂を用いた着色感光性樹脂組成物は、感度、分光特性(Y値)に優れ、コントラストが高く、密着性に優れ、液晶の比抵抗値が大きく、実施例1〜17の着色感光性樹脂組成物を用いて得られた液晶表示装置は焼きつきが生じなかった。これに対し本発明のアルカリ可溶性樹脂を用いない比較例1〜6では感度、密着性が低く、また、比較例2、3、5、6の液晶の比抵抗値も低かった。
<カラーフィルタ基板の作製>
特開2005−3861号公報の段落番号[0084]〜[0095]に記載の方法により、ブラックマトリクス、R(赤色)画素、G(緑色)画素、B(青色)画素を有するカラーフィルタを作製した(以下、これをカラーフィルタ基板と称する。)。ここで、カラーフィルタ基板の基板サイズは、550mm×650mmとした。
次いで、得られたカラーフィルタ基板のR画素、G画素、及びB画素並びにブラックマトリクスの上に更に、ITO(Indium Tin Oxide)の透明電極をスパッタリングにより形成した。
上記で作製したITO透明電極がスパッタ形成されたカラーフィルタ基板のITO透明電極上に、スピンナーにて、下記表3に示す処方からなる感光性樹脂層用塗布液をスリット塗布した。引き続き、真空乾燥機VCD(東京応化社製)を用いて30秒間溶媒の一部を乾燥させて塗布膜の流動性をなくした後、90℃のホットプレート上で3分間プリベークし、膜厚5.2μmの感光性樹脂層を形成した(被膜形成工程)。
(UV−35、東芝ガラス(株)製)を透過させた紫外線を露光した(露光工程、露光量200mJ/cm2)。
ここで、得られたフォトスペーサー1000個について、三次元表面構造解析顕微鏡(メーカー:ZYGO Corporation、型式:New View 5022)を用い、ITO透明電極上面(基板に平行な2つの面のうち、基板から遠い側の面)からフォトスペーサーの最も高い位置までの距離(以下、この距離を「フォトスペーサーの高さ」ともいう)を測定し、フォトスペーサー1000個についての平均値をフォトスペーサーの平均高さとした。
また、得られたフォトスペーサーの底面積の計測は、SEM写真を用いて行なった。その結果、直径15.1μm、平均高さ4.7μmの円柱形状であった。
別途、対向基板としてガラス基板を用意し、上記で得られたカラーフィルタ基板の透明電極上及び対向基板上にそれぞれPVAモード用にパターニングを施し、その上に更にポリイミドよりなる配向膜を設けた。
得られたフォトスペーサー、液晶表示装置について、下記の評価を行なった。測定評価の結果は下記表4に示す。
上記<フォトスペーサーの形成>で得られた加熱処理後のフォトスペーサーの断面形状を走査型電子顕微鏡を用いて観察した。観察は、基板周辺部4箇所(4隅)及び基板中央部1箇所の計5箇所について行った。
更に、下記基準に従ってフォトスペーサーの断面形状を評価した。
A:5箇所の全てにおいて、テーパー角度45°以上90°以下の断面形状を有するフォトスペーサーが形成されていた。
B:5箇所の全てにおいて、テーパー角度45°以上95°以下の断面形状を有するフォトスペーサーが形成されていたが、上記Aには該当しなかった。
C:5箇所の全てにおいて、テーパー角度40°以上100°以下の断面形状を有するフォトスペーサーが形成されていたが、上記A及びBのいずれにも該当しなかった。
D:5箇所中1〜4箇所について、テーパー角度40°以上100°以下の範囲を外れるフォトスペーサーが形成されていた。
E:5箇所の全てにおいて、テーパー角度40°以上100°以下の範囲を外れるフォトスペーサーが形成されていた。
上記<フォトスペーサーの形成>で測定されたフォトスペーサー1000個分の高さの結果から、最大値と最小値との差を算出し、下記基準に従って評価した。
差が小さい程、均一性に優れている。
A:フォトスペーサーの高さの最大値と最小値との差が0.2μm未満であった。
B:フォトスペーサーの高さの最大値と最小値との差が0.2μm以上0.3μm未満であった。
C:フォトスペーサーの高さの最大値と最小値との差が0.3μm以上0.4μm未満であった。
D:フォトスペーサーの高さの最大値と最小値との差が0.4μm以上0.5μm未満であった。
E:フォトスペーサーの高さの最大値と最小値との差が0.5μm以上であった。
得られたフォトスペーサーに対して、微小硬度計(DUH−W201、(株)島津製作所製)により次のようにして測定を行ない、評価した。測定は、50μmφの円錘台圧子を採用し、最大荷重50mN、保持時間5秒として、負荷−除荷試験法により行なった。この測定値から下記式により変形回復率〔%〕を求め、下記評価基準にしたがって評価した。測定は、22±1℃、50%RHの環境下で行なった。
変形回復率(%)
=(荷重開放後の回復量[μm]/荷重時の変形量[μm])×100
A:変形回復率が90%以上であった。
B:変形回復率が87%以上90%未満であった。
C:変形回復率が85%以上87%未満であった。
D:変形回復率が80%以上85%未満であった。
E:変形回復率が75%以上80%未満であった。
F:変形回復率が75%未満であった。
上記で作製した液晶表示装置について、グレイのテスト信号を入力させたときのグレイ表示を目視にて観察し、表示ムラの発生の有無を下記評価基準にしたがって評価した。
A:表示ムラはなく、非常に良好な表示画像が得られた。
B:ガラス基板のふち部分に微かにムラがあったものの、表示部への影響はなく表示画像は良好であった。
C:表示部に微かにムラがみられたが、実用上許容範囲内であった。
D:表示部にムラがみられた。
<保護膜の形成>
カラーフィルタ基板の作製において、ブラックマトリクス、R画素、G画素、及びB画素形成後、ブラックマトリクス及び各画素上に、更に、前記実施例21の感光性樹脂組成物を塗布し、マスクを介さずに露光し(全面露光)、加熱処理して保護膜を形成した。ここで、塗布、露光、加熱処理の条件は、マスクを介さずに露光する以外は実施例21のフォトスペーサーの形成における塗布、露光、加熱処理の条件と同様である。
次いで、得られた保護層上に更に、ITO(Indium Tin Oxide)の透明電極をスパッタリングにより形成した。
上記で形成されたITO透明電極上に、感光性樹脂組成物として実施例21で用いた感光性樹脂組成物を用いた以外は実施例21と同様の方法によりフォトスペーサーを形成した。
次に、前記フォトスペーサーが形成されたカラーフィルタ基板を用い、実施例12と同様の方法により液晶表示装置を作製した。
得られた保護膜及び液晶表示装置について、実施例21と同様の方法により評価を行った。評価結果を表5に示す。
Claims (10)
- 酸基を側鎖に有する繰り返し単位、(メタ)アクリロイルオキシ基を含む繰り返し単位1〜30モル%、ビニル基を含む繰り返し単位40〜80モル%を有するアルカリ可溶性樹脂(A)、重合性化合物(B)、ならびに、光重合開始剤(C)を含む感光性樹脂組成物。
- さらに、着色剤を含む、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記一般式(A)で表される繰り返し単位、前記一般式(B)で表される繰り返し単位および前記一般式(C)で表される繰り返し単位のいずれかにおいて、Rがメチル基である、請求項3〜5のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記一般式(A)で表される繰り返し単位において、Rがメチル基であり、R1〜R5がいずれも水素原子である、請求項3〜6のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を用いてなるカラーフィルタ、保護膜、フォトスペーサーまたは液晶表示装置用基板。
- 請求項2〜7のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を、支持体に適用し着色層を形成する着色層形成工程と、該着色層に対してパターン様の露光をして、潜像を形成する露光工程と、前記潜像が形成された着色層を現像してパターンを形成する現像工程と、を有するカラーフィルタの製造方法。
- 請求項8に記載のカラーフィルタ、保護膜、もしくは、フォトスペーサー、または、請求項9に記載のカラーフィルタの製造方法により製造されたカラーフィルタを具備してなる液晶表示装置または固体撮像素子。
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