[go: up one dir, main page]

JP6713746B2 - スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物、遮光膜、液晶表示装置、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物の製造方法、遮光膜の製造方法、および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物、遮光膜、液晶表示装置、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物の製造方法、遮光膜の製造方法、および液晶表示装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6713746B2
JP6713746B2 JP2015200335A JP2015200335A JP6713746B2 JP 6713746 B2 JP6713746 B2 JP 6713746B2 JP 2015200335 A JP2015200335 A JP 2015200335A JP 2015200335 A JP2015200335 A JP 2015200335A JP 6713746 B2 JP6713746 B2 JP 6713746B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
shielding film
photosensitive resin
resin composition
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015200335A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017072760A (ja
Inventor
悠樹 小野
悠樹 小野
滑川 崇平
崇平 滑川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd filed Critical Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority to JP2015200335A priority Critical patent/JP6713746B2/ja
Priority to CN201610872749.4A priority patent/CN106959577B/zh
Priority to TW105132177A priority patent/TWI708995B/zh
Priority to KR1020160129551A priority patent/KR102733864B1/ko
Publication of JP2017072760A publication Critical patent/JP2017072760A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6713746B2 publication Critical patent/JP6713746B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133512Light shielding layers, e.g. black matrix
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1339Gaskets; Spacers; Sealing of cells
    • G02F1/13394Gaskets; Spacers; Sealing of cells spacers regularly patterned on the cell subtrate, e.g. walls, pillars
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362Active matrix addressed cells
    • G02F1/136209Light shielding layers, e.g. black matrix, incorporated in the active matrix substrate, e.g. structurally associated with the switching element
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/0048Photosensitive materials characterised by the solvents or agents facilitating spreading, e.g. tensio-active agents
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/027Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/027Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds
    • G03F7/028Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds with photosensitivity-increasing substances, e.g. photoinitiators
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/09Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/105Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers having substances, e.g. indicators, for forming visible images
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/16Coating processes; Apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)

Description

本発明は、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物、及びこれを硬化したスペーサー機能を有する遮光膜に関し、詳しくは、液晶表示装置においてスペーサー機能とブラックマトリックス機能を兼ね備えたブラックカラムスペーサーを、フォトリソグラフィー法により形成することが可能な、感光性樹脂組成物およびその硬化膜に関するものである。本発明はさらに、上記硬化させて得たブラックカラムスペーサーを用いる液晶表示装置に関するものである。本発明はさらに、上記感光性樹脂組成物、遮光膜および液晶表示装置の製造方法に関するものである。
ここ数年、液晶テレビ、液晶モニター、カラー液晶携帯電話など、あらゆる分野でカラー液晶表示装置(LCD)が用いられてきた。この中で、LCDの高性能化のために、視野角、コントラスト、応答速度等の特性向上を目指す改善が活発に行われており、現在多く用いられている薄膜トランジスタ(TFT)−LCDにおいても様々なパネル構造が開発されている。TFT−LCDについては、従来のTFTを形成したアレイ基板とカラーフィルター基板をそれぞれ製造し、両基板をスペーサーで一定の間隔に保った状態で貼り合せる方法が主として採用されてきたが、低コスト化、歩留まり向上を目指すLCD製造プロセスも開発されてきている。例えば、アレイ基板のTFTの上に直接カラーフィルターを形成して対向の基板としてはガラス基板を貼り合せる製造プロセスが開発されている。このようにして形成される構造は、カラーフィルターオンTFT(COT)などと呼ばれている。このCOTにおいても、TFT上に形成するカラーフィルター層の赤(R)、緑(G)、青(B)などの各画素の境界となるブラックマトリックスを、RGB形成前に形成する方法や、RGB画素を形成した上に形成する方法、あるいは対向のガラス基板上に形成する方法など、様々なLCDパネル構造が検討されている。
LCDの性能に影響する1つの因子である、液晶層の厚さ(従来法であれば、アレイ基板とカラーフィルター基板の間隔)を一定に保つ機能を果たすスペーサーについては、従来、一定粒径のボールスペーサーを挟むという方法が取られていた。しかし、この方法では、ボールスペーサーの分散状態が不均一になることにより画素毎の光の透過量が一定でなくなるという問題がある。この問題に対して、フォトリソグラフィー法によりカラムスペーサーを形成する方法が採用されている。しかし、フォトリソグラフィー法で形成されるカラムスペーサーは透明であることが多く、このようなカラムスペーサーには、斜め方向から入射するする光がTFTの電気特性に影響を及ぼして、表示品質を劣化させるという問題がある。このような問題に対して、フォトリソグラフィー法により形成したスペーサー機能を有する遮光膜である、遮光性カラムスペーサーを適用したLCDパネル構造が提案されている(特許文献1)。COTにおいても、カラムスペーサーをブラックマトリックスと同一の材料で形成するという、いわゆるブラックカラムスペーサー(BCS)を形成する方法も検討されてきている(例えば、特許文献2)。
この遮光性カラムスペーサーは、スペーサーとして機能するために2〜7μm程度の膜厚が必要である。また、TFTが形成されている箇所とその他の箇所で高さの異なる遮光性カラムスペーサーが同時に形成されうることが必要である。また、遮光性カラムスペーサーには、スペーサー機能として弾性率、変形量、弾性復元率等が適正な範囲であることも要求されている(特許文献3)。さらに、遮光性カラムスペーサーには、スペーサーに遮光性成分(着色剤)を添加することによる硬化性成分の減少や、着色剤中の不純物等の影響による電気特性の損失などを改善することも要求されている(特許文献4)。
特開平08−234212号公報 米国特許出願公開第2009/0303407号明細書 特開2009−031778号公報 国際公開2013/062011号
特許文献4では、混色有機顔料が用いられているが、遮光性カラムスペーサーの光学濃度は示されていない。混色有機顔料はカーボンブラック等の無機顔料に比べて低誘電率化に効果的であるが、遮光性が低いことが多い。また、スペーサーは高さの異なるスペーサーを同時に形成することが必要であるため、遮光性カラムスペーサーには、さらに弾性率、変形量、弾性復元率等の機械特性も要求される。このようなスペーサーの形状や機械特性は遮光成分の影響を大きく受けるため、遮光膜用の感光性樹脂組成物の設計を困難にしている。そのため、カーボンブラックや混色有機顔料等を用いたスペーサーの形状や機械特性はまだ十分とはいえず、さらなる改良が必要である。
また、上記したように、遮光性カラムスペーサーは2〜7μm程度の膜厚で製造される。近年の液晶表示素子の小型化に伴い、遮光性カラムスペーサーにも、膜厚が2〜7μm程度であっても微細なスペーサー形状を形成できることが望まれている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、遮光性および絶縁性が高く、更に、弾性率、変形量、弾性復元率に優れたスペーサー機能を有する遮光膜用の、感光性樹脂組成物およびこれを用いて形成されるスペーサー機能を有する遮光膜及び当該の遮光膜を構成要素とする液晶表示装置を提供することにある。
本発明者らは、上記のような、遮光膜用の感光性樹脂組成物における課題を解決すべく検討を行った結果、特定の着色剤が目的の遮光膜用の感光性樹脂組成物の遮光成分として好適であることを見出し、本発明を完成させた。
(1)本発明は、下記(A)〜(E)成分、(A)ビスフェノール類から誘導される2個のグリシジルエーテル基を有するエポキシ化合物と不飽和基含有モノカルボン酸との反応物に対して、(a)テトラカルボン酸又はその酸二無水物、及び(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られた重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂、(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマー、(C)光重合開始剤、(D)黒色有機顔料、混色有機顔料及び遮光材からなる群から選ばれる1種以上の遮光成分、及び(E)溶剤を、必須成分として含むことを特徴とする、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物である。
(2)本発明はまた、(D)遮光成分として、チタンブラックを含むことを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物である。
(3)本発明はまた、前記チタンブラックの平均二次粒径が100〜300nmであることを特徴とする、(2)に記載の感光性樹脂組成物である。
(4)本発明はまた、(D)遮光成分として、黒色有機顔料及び/又は混色有機顔料を含み、前記の黒色有機顔料及び/又は混色有機顔料の平均二次粒径が20〜500nmであることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物である。
(5)本発明はまた、(B)成分を(A)成分100質量部に対して5〜400質量部、(C)成分を(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対して0.1〜30質量部、光硬化後に固形分となる(B)成分を含む、(E)成分を除く成分を固形分とするとき、(D)成分を、固形分の合計量中、5〜80質量%、それぞれ含むことを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物である。
(6)本発明はまた、光学濃度ODが0.5/μm以上3/μm以下である遮光膜であって、電圧10V印加時の体積抵抗率が1×10Ω・cm以上、且つ誘電率が2〜10である遮光膜を形成しうることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。である。
(7)本発明はまた、微小硬度計による負荷−除荷試験において、下記(i)〜(iii)の少なくとも一つを満たす遮光膜を形成しうることを特徴とする、(1)〜(6)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物である。
(i)破壊強度が200mN以上であること
(ii)弾性復元率が30%以上であること
(iii)圧縮率が40%以下であること
(8)本発明はまた、(1)〜(7)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を硬化させて形成したことを特徴とする、スペーサー機能を有する遮光膜である。
(9)本発明はまた、(8)に記載の遮光膜をブラックカラムスペーサー(BCS)として有する液晶表示装置である。
(10)本発明はまた、さらに薄膜トランジスタ(TFT)を有することを特徴とする、(9)に記載の液晶表示装置である。
(11)本発明はまた、(D)遮光成分を(E)溶剤中に分散させた分散体を調製した後、前記分散体に(A)アルカリ可溶性樹脂、(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマー、(C)光重合開始剤、及び(E)溶剤をさらに添加して混合する、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物の製造方法であって、前記(A)アルカリ可溶性樹脂は、ビスフェノール類から誘導される2個のグリシジルエーテル基を有するエポキシ化合物と不飽和基含有モノカルボン酸との反応物に対して、(a)テトラカルボン酸又はその酸二無水物、及び(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られたアルカリ可溶性樹脂であり、(D)遮光成分は、黒色有機顔料、混色有機顔料及び遮光材からなる群から選ばれた1種以上の成分である、方法である。
(12)本発明はまた、(D)遮光成分は、チタンブラックを含むことを特徴とする、(11)に記載の方法である。
(13)本発明はまた、前記分散体において、前記チタンブラックの平均二次粒子が100〜300nmであることを特徴とする、(12)に記載の方法である。
(14)本発明はまた、(D)遮光成分は、黒色有機顔料及び/又は混色有機顔料を含み、前記分散体において、前記黒色有機顔料及び/又は混色有機顔料の平均二次粒径が20〜500nmであることを特徴とする、(11)〜(13)のいずれかに記載の方法である。
(15)本発明はまた、(1)〜(7)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を基板に塗布し、光照射によって前記感光性樹脂組成物を硬化させる、基板上に形成された遮光膜の製造方法である。
(16)本発明はまた、(15)に記載の遮光膜の製造方法であり、遮光膜としての光学濃度を0.5/μm以上3/μm未満とするための膜厚H1と、スペーサー機能を担う遮光膜の膜厚H2について、H2が2〜7μmのとき、ΔH=H2−H1が0.1〜2.9である膜厚H1と膜厚H2の遮光膜を同時に形成することを特徴とする遮光膜の製造方法である。
(17)本発明はまた、(16)に記載の方法で製造された遮光膜をブラックカラムスペーサーとすることを特徴とする、液晶表示装置の製造方法である。
(18)本発明はまた、前記液晶表示装置は薄膜トランジスタ(TFT)を有することを特徴とする、(17)に記載の製造方法である。
本発明に係る遮光膜用の感光性樹脂組成物は、特定の着色剤を含むため、従来の感光性樹脂組成物に比べて遮光性、絶縁性を維持したまま弾性率、変形量、弾性復元率に優れた硬化物を得ることができる。さらに本発明に係る遮光膜用の感光性樹脂組成物は、膜厚が2〜7μm程度であっても微細なスペーサー形状を形成することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
(A)成分の重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂は、ビスフェノール類から誘導される2個のグリシジルエーテル基を有するエポキシ化合物、好ましくは一般式(I)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸(これは「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」の意味である)を反応させて得られる、重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物(c)に、(a)テトラカルボン酸又はその酸二無水物、及び(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られる、1分子内にカルボキシル基及び重合性不飽和基を有するアルカリ可溶性樹脂である。(A)成分は、重合性不飽和二重結合とカルボキシル基とを併せ持つため、感光性樹脂組成物に優れた光硬化性、良現像性、パターニング特性を与え遮光膜の物性向上をもたらす。
但し、一般式(I)において、R1、R2、R及びRは、独立に水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を示し、Xは、‐CO‐、−SO2−、‐C(CF3)2−、-Si(CH3)2‐、-CH2‐、-C(CH3)2‐、-O-、又は、フルオレン-9,9-ジイル基又は単結合を示し、mの平均値が0〜10、好ましくは0〜3の範囲である。
一般式(I)のエポキシ化合物を与えるビスフェノール類としては、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)スルホン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)スルホン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ジメチルシラン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)ジメチルシラン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)ジメチルシラン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)メタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジブロモフェニル)メタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-クロロフェニル)プロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)エーテル、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)エーテル、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-クロロフェニル)フルオレン、9, 9-ビス(4-ヒドロキシ-3-ブロモフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-フルオロフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メトキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジブロモフェニル)フルオレン、4,4'-ビフェノール、3,3'-ビフェノール等を挙げられる。これらのビスフェノール類は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。この中でも、一般式(I)におけるXがフルオレン-9,9-ジイル基であるビスフェノール類を特に好ましく用いることができる。
(A)のアルカリ可溶性樹脂へと誘導するための一般式(I)の化合物は、上記ビスフェノール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られる2個のグリシジルエーテル基を有するエポキシ化合物である。この反応の際には、一般にジグリシジルエーテル化合物のオリゴマー化を伴い、mは個々の分子においては0〜10の整数であり、通常は複数の値の分子が混在するため平均値0〜10(整数とは限らない)となるが、好ましいmの平均値は0〜3である。mの平均値が上限値を超えると、当該エポキシ化合物使用して合成したアルカリ可溶性樹脂を用いた感光性樹脂組成物としたときに組成物の粘度が大きくなりすぎて塗工がうまく行かなくなったり、アルカリ可溶性を十分に付与できずアルカリ現像性が非常に悪くなったりする。
次に、エポキシ化合物と(メタ)アクリル酸との反応で得られる重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物(c)と、酸成分と、を反応させて、1分子内にカルボキシル基及び重合性不飽和基を有するアルカリ可溶性樹脂を得ることができる。酸成分としては、ヒドロキシル基含有化合物と反応し得るテトラカルボン酸又はその酸二無水物(a)と、ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸一無水物(b)を使用するのがよい。この酸成分のカルボン酸残基は飽和炭化水素又は不飽和炭化水素のいずれを有していてもよい。また、これらカルボン酸残基には-O-、-S-、カルボニル基等のヘテロ元素を含む結合を含んでいてもよい。
以下に酸成分の具体的な例を示すが、例示する多価カルボン酸の二無水物及び一無水物も使用することができる。
まず、(a)テトラカルボン酸としては、鎖式炭化水素テトラカルボン酸、脂環式テトラカルボン酸又は芳香族多価カルボン酸を挙げることができる。ここで、鎖式炭化水素テトラカルボン酸としては、例えば、ブタンテトラカルボン酸、ペンタンテトラカルボン酸、ヘキサンテトラカルボン酸等があり、更には任意の置換基が導入されたテトラカルボン酸でもよい。また、脂環式テトラカルボン酸としては、例えば、シクロブタンテトラカルボン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、シクロヘキサンテトラカルボン酸、シクロへプタンテトラカルボン酸、ノルボルナンテトラカルボン酸等があり、更には任意の置換基の導入されたテトラカルボン酸でもよい。更に、芳香族テトラカルボン酸としては、例えば、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸等が挙げられ、更には任意の置換基の導入されたテトラカルボン酸でもよい。これらの(a)テトラカルボン酸は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。
また、(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸としては、鎖式炭化水素ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸、脂環式ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸、芳香族ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸が使用される。ここで、鎖式炭化水素ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸としては、例えば、コハク酸、アセチルコハク酸、マレイン酸、アジピン酸、イタコン酸、アゼライン酸、シトラリンゴ酸、マロン酸、グルタル酸、クエン酸、酒石酸、オキソグルタル酸、ピメリン酸、セバシン酸、スベリン酸、ジグリコール酸等があり、更には任意の置換基が導入されたジカルボン酸若しくはトリカルボン酸でもよい。また、脂環式ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸としては、例えば、シクロブタンジカルボン酸、シクロペンタンジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ノルボルナンジカルボン酸等があり、更には任意の置換基が導入されたジカルボン酸若しくはトリカルボン酸でもよい。更に、芳香族ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸等があり、更には任意の置換基が導入されたジカルボン酸若しくはトリカルボン酸でもよい。これらの(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。
(A)のアルカリ可溶性樹脂に使用される(a)テトラカルボン酸又はその酸二無水物と(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物とのモル比(b)/(a)は、0.01〜0.5であり、好ましくは0.02以上0.1未満であるのがよい。モル比(b)/(a)が上記範囲を逸脱すると、本発明の高遮光かつ高抵抗であり、かつ良好な光パターニング性を有する感光性樹脂組成物とするための最適分子量が得られないため、好ましくない。なお、モル比(b)/(a)が小さいほどアルカリ溶解性が大となり、分子量が大となる傾向がある。
上記の重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物(c)と酸成分(b)および(a)とを反応させる比率については、好ましくは、化合物の末端がカルボキシル基となるように、各成分のモル比が(c):(b):(a)=1:0.2〜1.0:0.01〜1.0となるように定量的に反応させることが望ましい。この場合、重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物(c)に対する酸成分の総量のモル比(c)/〔(b)/2+(a)〕=0.5〜1.0となるように定量的に反応させることが望ましい。このモル比が0.5未満の場合は、アルカリ可溶性樹脂の末端が酸無水物となり、また、未反応酸二無水物の含有量が増大してアルカリ可溶性樹脂組成物の経時安定性低下が懸念される。一方、モル比が1.0を超える場合は、未反応の重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物の含有量が増大してアルカリ可溶性樹脂組成物の経時安定性低下が懸念される。(a)、(b)及び(c)の各成分のモル比はアルカリ可溶性樹脂の酸価、分子量を調整する目的で、上述の範囲で任意に変更できる。
(A)のアルカリ可溶性樹脂は、上述の手順により、既知の方法、例えば特開平8-278629号公報や特開2008-9401号公報等に記載の方法により製造することができる。先ず、一般式(I)のエポキシ化合物に(メタ)アクリル酸を反応させる方法としては、例えば、エポキシ化合物のエポキシ基と等モルの(メタ)アクリル酸を溶剤中に添加し、触媒(トリエチルベンジルアンモニウムクロライド、2,6-ジイソブチルフェノール等)の存在下、空気を吹き込みながら90〜120℃に加熱・攪拌して反応させるという方法がある。次に、反応生成物であるエポキシアクリレート化合物の水酸基に酸無水物を反応させる方法としては、エポキシアクリレート化合物と酸二無水物および酸一無水物の所定量を溶剤中に添加し、触媒(臭化テトラエチルアンモニウム、トリフェニルホスフィン等)の存在下、90〜140℃で加熱・攪拌して反応させるという方法がある。
このようにして製造された(A)のアルカリ可溶性樹脂は、たとえば、一般式(II)で表される構造を有する。
式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、R5は、水素原子又はメチル基を表し、Xは、−CO−、−SO2−、−C(CF32−、−Si(CH32−、−CH2−、−C(CH32−、−O−、フルオレン−9,9−ジイル基又は直結合を表し、Yは4価のカルボン酸残基を表し、Zは、それぞれ独立して水素原子又は−OC−W−(COOH)(但し、Wは2価又は3価カルボン酸残基を表し、lは1〜2の数を表す)を表し、nは1〜20の数を表す。
(A)のアルカリ可溶性樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、通常1000〜100000であり、2000〜20000であることが好ましい。重量平均分子量が1000未満の場合は、アルカリ現像時のパターンの密着性が低下する恐れがあり、重量平均分子量が100000を超える場合は現像性が著しく低下する恐れがある。
また、(A)のアルカリ可溶性樹脂の酸価の好ましい範囲は80〜120mgKOH/gである。この値が80mgKOH/gより小さいとアルカリ現像時に残渣が残りやすくなり、120mgKOH/gを超えるとアルカリ現像液の浸透が早くなり過ぎ、剥離現像が起きるので、何れも好ましくない。なお、(A)の重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂は、その1種のみを使用しても、2種以上の混合物を使用することもできる。
本発明において、(A)の重量平均分子量は、サンプリングした溶液をテトラヒドロフランに溶解させて東ソー社製HLC−8220GPCで分子量分布測定を行い、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量を算出した値を用いる。またA成分の酸価は、サンプリングした溶液をジオキサンに溶解させて0.1規定の水酸化カリウム水溶液で中和滴定し、当量点からサンプル溶液の固形分換算の酸価を算出した値を用いる。
次に、(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマーとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート等の水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル類や、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(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、テトラメチレングリコールジ(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、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(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テトラ(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート、ソルビトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、又はジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ソルビトールヘキサ(メタ)アクリレート、フォスファゼンのアルキレンオキサイド変性ヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の多価アルコール類、フェノールノボラック等の多価フェノール類のビニルベンジルエーテル化合物、ジビニルベンゼン等のジビニル化合物類の付加重合体等を挙げることができる。これらの(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマーは、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。なお、(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマーは遊離のカルボキシ基を有しない。
(B)成分の配合割合は、(A)成分100質量部に対して5〜400質量部であるのがよく、好ましくは10〜150質量部であるのがよい。(B)成分の配合割合が(A)成分100質量部に対して400質量部より多いと、光硬化後の硬化物が脆くなり、また、未露光部において塗膜の酸価が低いためにアルカリ現像液に対する溶解性が低下し、パターンエッジがぎざつきシャープにならないといった問題が生じる。一方、(B)成分の配合割合が(A)成分100質量部に対して5質量部よりも少ないと、樹脂に占める光反応性官能基の割合が少なく架橋構造の形成が十分でなく、更に、樹脂成分における酸価が高いために、露光部におけるアルカリ現像液に対する溶解性が高くなることから、形成されたパターンが目標とする線幅より細くなったり、パターンの欠落が生じや易くなるといった問題が生じる恐れがある。
また、(C)成分の光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、p-ジメチルアセトフェノン、p-ジメチルアミノプロピオフェノン、ジクロロアセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、p-tert-ブチルアセトフェノン等のアセトフェノン類、ベンゾフェノン、2-クロロベンゾフェノン、p,p'-ビスジメチルアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエーテル類、2-(o-クロロフェニル)-4,5-フェニルビイミダゾール、2-(o-クロロフェニル)-4,5-ジ(m-メトキシフェニル)ビイミダゾール、2-(o-フルオロフェニル)-4,5-ジフェニルビイミダゾール、2-(o-メトキシフェニル)-4,5-ジフェニルビイミダゾール、2,4,5-トリアリールビイミダゾール等のビイミダゾール系化合物類、2-トリクロロメチル−5−スチリル−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル-5-(p-シアノスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-(p-メトキシスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール等のハロメチルジアゾール化合物類、2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-メチル−4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-クロロフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(3,4,5-トリメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メチルチオスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン等のハロメチル−s−トリアジン系化合物類、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)、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-ベンゾアート、1-(4-メチルスルファニルフェニル)ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-アセタート、1-(4-メチルスルファニルフェニル)ブタン-1-オンオキシム-O-アセタート、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-(0-アセチルオキシム)、メタノン,(9-エチル-6-ニトロ-9H-カルバゾール-3-イル)[4-(2-メトキシ-1-メチルエトキシ)-2-メチルフェニル]-,O−アセチルオキシム、メタノン,(2-メチルフェニル)(7-ニトロ-9,9-ジプロピル-9H-フルオレン-2-イル)-,アセチルオキシム、エタノン,1-[7-(2-メチルベンゾイル)-9,9-ジプロピル-9H-フルオレン-2-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)、エタノン,1-(-9,9-ジブチル-7-ニトロ-9H-フルオレン-2-イル)-,1-O-アセチルオキシム等のO-アシルオキシム系化合物類、ベンジルジメチルケタール、チオキサンソン、2-クロロチオキサンソン、2,4-ジエチルチオキサンソン、2-メチルチオキサンソン、2-イソプロピルチオキサンソン等のイオウ化合物、2-エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、1,2-ベンズアントラキノン、2,3-ジフェニルアントラキノン等のアントラキノン類、アゾビスイソブチルニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、クメンパーオキシド等の有機過酸化物、2-メルカプトベンゾイミダゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール等のチオール化合物などが挙げられる。この中でも、高感度の遮光膜用の感光性樹脂組成物を得られやすい観点から、O-アシルオキシム系化合物類を用いることが好ましい。これらの(C)光重合開始剤は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。なお、本発明でいう光重合開始剤とは、増感剤を含む意味で使用される。
これらの光重合開始剤や増感剤は、その1種のみを単独で使用できるほか、2種以上を組み合わせて使用することもできる。また、それ自体では光重合開始剤や増感剤として作用しないが、組み合わせて用いることにより、光重合開始剤や増感剤の能力を増大させ得るような化合物を添加することもできる。そのような化合物としては、例えば、ベンゾフェノンと組み合わせて使用すると効果のあるトリエタノールアミン、トリエチルアミン等の第3級アミンを挙げることができる。
(C)成分の光重合開始剤の使用量は、(A)成分と(B)成分の合計100質量部を基準として0.1〜30質量部であるのがよく、好ましくは1〜25質量部であるのがよい。(C)成分の配合割合が0.1質量部未満の場合には、光重合の速度が遅くなって、感度が低下し、一方、30質量部を超える場合には、感度が強すぎて、パターン線幅がパターンマスクに対して太った状態になり、マスクに対して忠実な線幅が再現できない、又は、パターンエッジがぎざつきシャープにならないといった問題が生じる恐れがある。
(D)成分は、黒色有機顔料、混色有機顔料及び遮光材から選ばれる遮光成分であり、絶縁性、耐熱性、耐光性及び耐溶剤性に優れたものであるのがよい。ここで、黒色有機顔料としては、例えばペリレンブラック、アニリンブラック、シアニンブラック、ラクタムブラック等が挙げられる。混色有機顔料としては、赤、青、緑、紫、黄色、シアニン、マゼンタ等から選ばれる2種以上の顔料を混合して擬似黒色化されたものが挙げられる。遮光材としては、カーボンブラック、酸化クロム、酸化鉄、チタンブラック等を挙げることができる。これらの(D)遮光成分は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。
遮光材としては、チタンブラックが遮光性、弾性率、変形量、弾性復元率が良好な点で好ましい。チタンブラックを用いる場合に、絶縁性を更に向上させる目的で黒色有機顔料及び/又は混色有機顔料を併用することもできる。このように、無機系の遮光材と有機顔料を併用する場合は、[遮光材/(黒色有機顔料及び/又は混色有機顔料)]の配合比は、質量比で90/10〜10/90であるのがよく、好ましくは70/30〜30/70であるのがよい。このような遮光材と有機顔料の組合せとそれらの配合比によって所望の遮光性、絶縁性等の特性を持つスペーサー機能を有する遮光膜を得ることができる。遮光膜を無彩色にしたいといった遮光膜の色度を制御する等の目的には、黒色以外の有機顔料を、擬似混色による黒色にする目的ではなく、単色として添加することもできる。
本発明で使用するチタンブラックは、低次酸化チタン、酸窒化チタン等に代表される含チタン黒色無機顔料であり、これらの中でも高い絶縁性を示すものを好ましく用いることができる。これらチタンブラックの作製方法としては、二酸化チタンと金属チタンの混合体を還元雰囲気下で加熱し還元させる方法(特開昭49-5432号公報)、四塩化チタンの高温加水分解で得られた超微細二酸化チタンを水素を含む還元雰囲気中で還元する方法(特開昭57-205322号公報)、二酸化チタンまたは水酸化チタンをアンモニア存在下で高温還元する方法(特開昭60-65069号公報、特開昭61-201610号公報)、二酸化チタンまたは水酸化チタンにバナジウム化合物を付着させ、アンモニア存在下で高温還元する方法(特開昭61-201610号公報)、などがあるがこれらに限定されるものではない。
また、これらの含チタン黒色無機顔料は、無機粒子表面に有機化合物又は無機化合物を被覆したものでもよい。被覆するのに用いる有機化合物の例としては多価アルコール、アルカノールアミン又はその誘導体、有機ケイ素化合物(ポリシロキサン類、シラン系カップリング剤等)、高級脂肪酸又はその金属塩、有機金属化合物(チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等)等がある。一方、被覆するのに用いる無機化合物の例としては、アルミニウム化合物、ケイ素化合物、ジルコニウム化合物、スズ化合物、チタニウム化合物、アンチモン化合物等を挙げることができる。この含チタン粒子の表面被覆する方法としては、特開2006-206891に記載されている方法等を使用することができる。
チタンブラックの市販品の例としては、三菱マテリアル製チタンブラック12S、13M−T、13M−C、UF8、赤穂化成製Tilack D(「Tilack D」は同社の登録商標)などが挙げられる。
本発明で使用する有機顔料としては、公知の化合物を特に制限なく使用することができるが、微粒化の加工がされた、BET法による比表面積が50m/g以上であるものが好ましい。具体的にはアゾ顔料、縮合アゾ顔料、アゾメチン顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、イソインドリン顔料、ジオキサジン顔料、スレン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、キノフタロン顔料、ジケトピロロピロール顔料、チオインジゴ顔料等が挙げられ、具体的には、以下のようなC.I.名の化合物が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
C.I.ピグメント・レッド2、3、4、5、9、12、14、22、23、31、38、112、122、144、146、147、149、166、168、170、175、176、177、178、179、184、185、187、188、202、207、208、209、210、213、214、220、221、242、247、253、254、255、256、257、262、264、266、272、279等;
C.I.ピグメント・オレンジ5、13、16、34、36、38、43、61、62、64、67、68、71、72、73、74、81等;
C.I.ピグメント・イエロー1、3、12、13、14、16、17、55、73、74、81、83、93、95、97、109、110、111、117、120、126、127、128、129、130、136、138、139、150、151、153、154、155、173、174、175、176、180、181、183、185、191、194、199、213、214等;
C.I.ピグメント・グリーン7、36、58等;
C.I.ピグメント・ブルー15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、60、80等;
C.I.ピグメント・バイオレット19、23、37等。
また、(E)成分の溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、3-メトキシ-1-ブタノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、3-ヒドロキシ-2-ブタノン、ジアセトンアルコール等のアルコール類、α-もしくはβ-テルピネオール等のテルペン類等、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、N-メチル-2-ピロリドン等のケトン類、トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、セロソルブ、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メトキシ-3-ブチルアセテート、セロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、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等のエステル類等が挙げられ、これらを用いて溶解、混合させることにより、均一な溶液状の組成物とすることができる。これらの溶剤は、塗布性等の必要特性とするために2種類以上を用いてもよい。
そして、これらの遮光成分は、好ましくは、予め溶剤に(F)分散剤とともに分散させて遮光性分散液としたうえで、遮光膜用の感光性樹脂組成物として配合するのがよい。ここで、分散させる溶剤は、(E)成分の一部になるため、上記の(E)成分に挙げたものであれば使用することができるが、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、3-メトキシブチルアセテート等が好適に用いられる。遮光性分散液を形成する(D)の遮光成分の配合割合については、本発明の遮光膜用の感光性樹脂組成物の全固形分に対して5〜80質量%の範囲で用いられるのがよい。なお、上記固形分とは、組成物のうち(E)成分を除く成分を意味する。上記固形分には、光硬化後に固形分となる(B)成分も含まれる。5質量%より少ないと、所望の遮光性に設定できなくなる。80質量%を越えると、本来のバインダーとなる感光性樹脂の含有量が減少するため、現像特性を損なうと共に膜形成能が損なわれるという好ましくない問題が生じる。
この遮光性分散液における遮光成分のレーザー回折・散乱式粒子径分布計で測定した平均粒径(以下「平均二次粒径」という)は、以下のようになるようにすることが好ましい。チタンブラックを使用する場合のチタンブラックの平均二次粒径は100〜300nmであることがよく、黒色有機顔料及び/若しくは混色有機顔料、並びに/又は単色の有機顔料を使用する場合には、分散粒子の平均二次粒径が20〜500nmであることがよい。なお、これらの遮光性分散液を配合して調製した遮光膜用の感光性樹脂組成物においても、これらの遮光成分は、同じ平均二次粒径を有することが好ましい。
また、遮光性分散液には、遮光成分を安定的に分散させるために(F)分散剤を使用するが、この目的には各種高分子分散剤等の公知の分散剤を使用することができる。分散剤の例としては、従来顔料分散に用いられている公知の化合物(分散剤、分散湿潤剤、分散促進剤等の名称で市販されている化合物等)を特に制限なく使用することができるが、例えば、カチオン性高分子系分散剤、アニオン性高分子系分散剤、ノニオン性高分子系分散剤、顔料誘導体型分散剤(分散助剤)等を挙げることができる。特に、顔料への吸着点としてイミダゾリル基、ピロリル基、ピリジル基、一級、二級又は三級のアミノ基等のカチオン性の官能基を有し、アミン価が1〜100mgKOH/g、数平均分子量が1千〜10万の範囲にあるカチオン性高分子系分散剤は好適である。この分散剤の配合量は、遮光成分に対して1〜30質量%、好ましくは2〜25質量%であることが好ましい。
さらに、遮光性分散液を調製する際に、上記分散剤に加えて(A)成分の重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の一部を共分散させることにより、遮光膜用の感光性樹脂組成物としたとき、露光感度を高感度に維持しやすくし、現像時の密着性が良好で残渣の問題も発生しにくい感光性樹脂組成物とすることができる。(A)成分の配合量は、遮光性分散液中2〜20質量%であるのが好ましく、5〜15質量%であることがより好ましい。(A)成分が2質量%未満であると、感度向上、密着性向上、残渣低減といった共分散させた効果を得ることができない。また、20質量%以上であると、特に遮光材の含有量が大きいときに、遮光性分散液の粘度が高く、均一に分散させることが困難あるいは非常に時間を要することになり、均一に遮光成分が分散した塗膜を得るための感光性樹脂組成物を得ることが難しくなる。
このようにして得られた遮光性分散液は、(A)成分(遮光性分散液を調製する際に(A)成分を共分散させた場合は、残りの(A)成分)、(B)成分、(C)成分、及び残りの(E)成分と混合することで、遮光膜用の感光性樹脂組成物とすることができる。
また、本発明の感光性樹脂組成物には、必要に応じて硬化促進剤、熱重合禁止剤および酸化防止剤、可塑剤、充填材、溶剤、レベリング剤、消泡剤、カップリング剤、界面活性剤等の添加剤を配合することができる。熱重合禁止剤および酸化防止剤としては、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ピロガロール、tert-ブチルカテコール、フェノチアジン、ヒンダードフェノール系化合物等を挙げることができ、可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、リン酸トリクレジル等を挙げることができ、充填材としては、ガラスファイバー、シリカ、マイカ、アルミナ等を挙げることができ、消泡剤やレベリング剤としては、シリコーン系、フッ素系、アクリル系の化合物を挙げることができる。また、界面活性剤としてはフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等を挙げることができ、カップリング剤としては3-(グリシジルオキシ)プロピルトリメトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤を挙げることができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、熱によって重合又は硬化するその他の樹脂成分を併用してもよい。その他の樹脂成分としては、(G)2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂又はエポキシ化合物が好ましく、3,3',5,5'-テトラメチル-4,4'-ビフェノール型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、3,4-エポキシシクロヘキセニルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物、エポキシシリコーン樹脂等が挙げられる。これらの追加の成分は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。
本発明の感光性樹脂組成物は、上記(A)〜(E)成分を主成分として含有する。上記固形分中に、(A)〜(D)成分が合計で70質量%、好ましくは80質量%以上含まれることが望ましい。(E)溶剤の量は、目標とする粘度によって変化するが、感光性樹脂組成物中に60〜90質量%の範囲で含まれるようにするのがよい。
本発明における遮光膜用の感光性樹脂組成物は、例えばスペーサー機能を有する遮光膜を形成するための感光性樹脂組成物として優れるものである。スペーサー機能を有する遮光膜の形成方法としては、以下のようなフォトリソグラフィー法がある。先ず、本発明における遮光膜用の感光性樹脂組成物を基材上に塗布し、次いで溶媒を乾燥させた(プリベーク)後、このようにして得られた被膜の上にフォトマスクをあて、紫外線を照射して露光部を硬化させ、更にアルカリ水溶液を用いて未露光部を溶出させる現像を行ってパターンを形成し、更に後乾燥としてポストベーク(熱焼成)を行う方法が挙げられる。
上記基材は、透明基板でもよいし、RGB等の画素を形成した後に、画素上、又は画素上の平坦化膜上、又は画素上の平坦膜上に製膜した配向膜などの、透明基板以外の基材でもよい。どのような基材上にスペーサー機能を有する遮光膜を形成するかは、液晶表示装置の設計によって異なってくる。
感光性樹脂組成物を塗布する透明基板としては、ガラス基板のほか、透明フィルム(例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフォン等)上にITOや金などの透明電極が蒸着あるいはパターニングされたものなどが例示できる。透明基板上に感光性樹脂組成物の溶液を塗布する方法としては、公知の溶液浸漬法、スプレー法の他、ローラーコーター機、ランドコーター機、スリットコーター機やスピナー機を用いる方法等の何れの方法をも採用することができる。これらの方法によって、所望の厚さに塗布した後、溶剤を除去する(プリベーク)ことにより、被膜が形成される。プリベークはオーブン、ホットプレート等により加熱することによって行われる。プリベークにおける加熱温度及び加熱時間は使用する溶剤に応じて適宜選択され、例えば60〜110℃の温度で1〜3分間行われる。
プリベーク後に行われる露光は、紫外線露光装置によって行なわれ、フォトマスクを介して露光することによりパターンに対応した部分のレジストのみを感光させる。露光装置及びその露光照射条件は適宜選択され、超高圧水銀灯、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、遠紫外線灯等の光源を用いて露光を行い、塗膜中の感光性樹脂組成物を光硬化させる。
露光後のアルカリ現像は、露光されない部分のレジストを除去する目的で行われ、この現像によって所望のパターンが形成される。このアルカリ現像に適した現像液としては、例えばアルカリ金属やアルカリ土類金属の炭酸塩の水溶液、アルカリ金属の水酸化物の水溶液等を挙げることができるが、特に炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム等の炭酸塩を0.05〜3質量%含有する弱アルカリ性水溶液を用いて23〜28℃の温度で現像するのがよく、市販の現像機や超音波洗浄機等を用いて微細な画像を精密に形成することができる。
現像後、好ましくは180〜250℃の温度及び20〜60分の条件で熱処理(ポストベーク)が行われる。このポストベークは、パターニングされた遮光膜と基板との密着性を高めるため等の目的で行われる。これはプリベークと同様に、オーブン、ホットプレート等により加熱することによって行われる。本発明のパターニングされた遮光膜は、以上のフォトリソグラフィー法による各工程を経て形成される。
上記方法によれば、光学濃度が0.5/μm〜3/μm、好ましくは1.5/μm〜2.5/μmの遮光膜を形成することができる。また、上記方法によれば、電圧10V印加時の体積抵抗率が1×10Ω・cm以上、好ましくは1×1012Ω・cm以上の遮光膜を形成することができる。また、上記方法によれば、誘電率が2〜10、好ましくは2〜8、さらに好ましくは3〜6の遮光膜を形成することができる。また、上記方法によれば、機械的特性試験において、破壊強度が200mN以上、及び/又は弾性復元率が30%以上、及び/又は圧縮率が40%以下を満たす遮光膜を形成することができる。上記方法で形成された遮光膜は、液晶表示装置のカラムスペーサーとして使用することができ、好ましくはブラックカラムスペーサーとして使用することができる。
また、上記方法によれば、遮光膜としての光学濃度を0.5/μm以上3/μm未満とするための膜厚H1と、スペーサー機能を担う遮光膜の膜厚H2について、H2が2〜7μmのとき、ΔH=H2−H1が0.1〜2.9である、膜厚H1の遮光膜と膜厚H2の遮光膜を同時に形成することができる。上記方法で形成された硬化膜は、液晶表示装置のカラムスペーサーとして使用することができ、好ましくはブラックカラムスペーサーとして使用することができる。上記ΔHが上記範囲である硬化膜によれば、高さに差があるブラックカラムスペーサーを同一の材料から一度に形成することができるため、液晶表示装置の製造をより効率よく行うことができる。このとき、たとえば、膜厚H2の硬化膜をスペーサーとして機能させ、膜厚H1の硬化膜をブラックマトリックスとして機能させることもできる。なお、ΔHが必要となる理由は、ブラックマトリックス機能の膜をスペーサー機能の膜と同一の膜厚にすると、液晶層が各画素毎に区切られてしまい、液晶層が自由に流動することが妨げられるとともに、液晶層を充填して液晶表示装置とする際の歩留まりを低下させることが懸念されるためである。
上記遮光膜または硬化膜を有する液晶表示装置は、薄膜トランジスタが設けられたTFT−LCDであることが好ましい。
上記遮光膜または硬化膜を有する液晶表示装置は、遮光性および絶縁性が高く、更に、弾性率、変形量、弾性復元率に優れたスペーサー機能を有し、かつ、膜厚が2〜7μm程度であっても微細なスペーサー形状を形成できる。
以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
先ず、本発明の(A)重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の合成例を示す。合成例における樹脂の評価は、以下の通りに行った。
[固形分濃度]
合成例中で得られた樹脂溶液1gをガラスフィルター〔重量:W0(g)〕に含浸させて秤量し〔W1(g)〕、160℃にて2hr加熱した後の重量〔W2(g)〕から次式より求めた。
固形分濃度(重量%)=100×(W2−W0)/(W1−W0)。
[酸価]
樹脂溶液をジオキサンに溶解させ、電位差滴定装置〔平沼産業株式会社製、商品名COM-1600〕を用いて1/10N−KOH水溶液で滴定して求めた。
[分子量]
ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)[東ソー株式会社製商品名HLC-8220GPC、溶媒:テトラヒドロフラン、カラム:TSKgelSuperH-2000(2本)+TSKgelSuperH-3000(1本)+TSKgelSuperH-4000(1本)+TSKgelSuper-H5000(1本)〔東ソー株式会社製〕、温度:40℃、速度:0.6ml/min]にて測定し、標準ポリスチレン〔東ソー株式会社製PS−オリゴマーキット〕換算値として重量平均分子量(Mw)を求めた。
[平均二次粒径測定]
遮光性分散液を溶剤(本実施例ではPGMEA)で希釈して遮光成分の濃度が0.1質量%程度の溶液について、レーザー回折・散乱法の粒度分布計(日機装株式会社製、マイクロトラックMT−3000)を用いて、平均二次粒径を測定した。
また、合成例及び比較合成例で使用する略号は次のとおりである。
BPFE:9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレンとクロロメチルオキシランとの反応物。一般式(I)の化合物において、Xがフルオレン-9,9-ジイル、R1、R2が水素の化合物。
BPDA:3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
BTDA:3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
THPA:1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸無水物
TPP:トリフェニルホスフィン
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
[合成例1]
還留冷却器付き1Lの四つ口フラスコ中に、BPFE116.7g(0.23mol)、アクリル酸33.1g(0.46mol)、TPP0.60g、及びPGMEA161.0を仕込み、100〜105℃の加熱下で12hr撹拌し、反応生成物を得た。
次いで、得られた反応生成物にBPDA33.8g(0.12mol)及びTHPA17.5g(0.12mol)を仕込み、115〜120℃の加熱下で6hr撹拌し、重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂溶液(A)-1を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は56.5wt%であり、酸価(固形分換算)は102mgKOH/gであり、GPC分析によるMwは3600であった。
[合成例2]
還留冷却器付き1Lの四つ口フラスコ中に、BPFE 116.7g(0.23mol)、アクリル酸33.1g(0.46mol)、TPP0.60g、及びPGMEA161.0を仕込み、100〜105℃の加熱下で12hr撹拌し、反応生成物を得た。
次いで、得られた反応生成物にBTDA37.1g(0.12mol)及びTHPA17.5g(0.12mol)を仕込み、115〜120℃の加熱下で6hr撹拌し、重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂溶液(A)-2を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は56.6wt%であり、酸価(固形分換算)は102mgKOH/gであり、GPC分析によるMwは3700であった。
[比較合成例1]
窒素導入管及び還流管付き1000ml四つ口フラスコ中にメタクリル酸51.65g(0.60mol)、メタクリル酸メチル38.44g(0.38mol)、メタクリル酸ベンジル38.77g(0.22mol)、アゾビスイソブチロニトリル5.91g、及びジエチレングリコールジメチルエーテル370gを仕込み、80〜85℃で窒素気流下、8hr撹拌して重合させた。更に、フラスコ内にメタクリル酸グリシジル39.23g(0.28mol)、TPP1.44g、2,6-ジ−tert−ブチル−p−クレゾール0.055gを仕込み、80〜85℃で16hr撹拌し、アルカリ可溶性樹脂溶液(A)−3を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は32質量%、酸価(固形分換算)は110mgKOH/g、GPC分析によるMwは18100であった。
(重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂)
(A)−1成分:上記合成例1で得られたアルカリ可溶性樹脂溶液
(A)−2成分:上記合成例2で得られたアルカリ可溶性樹脂溶液
(A)−3成分:上記比較合成例1で得られたアルカリ可溶性樹脂溶液
(光重合性モノマー)
(B):ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物(日本化薬株式会社製、商品名DPHA)
(光重合開始剤)
(C):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-(0-アセチルオキシム)(BASFジャパン社製、製品名イルガキュアOXE02)
(遮光性分散顔料)
(D)−1:チタンブラック(三菱マテリアル株式会社製、製品名13M-C)濃20.0質量%、分散剤濃度5.0質量%のPGMEA分散液(固形分25.0%、チタンブラックの平均二次粒径188nm)
(D)−2:黒色顔料(ラクタムブラック BASF社製IrgaphorS100CF)15.0質量%、高分子分散剤4.5質量%のPGMEA分散液(固形分19.5%、黒色顔料の平均二次粒径241nm)
(D)−3:C.I.ピグメント・オレンジ64(BASF社製)7.0質量%、C.I.ピグメント・バイオレット23(クラリアント社製)3.0質量%、C.I.ピグメント・ブルー15:6(クラリアント社製)7.0質量%、高分子分散剤濃度4.0質量%、スルホン化アゾ系分散助剤2.0質量%、ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体2.0質量%のPGMEA分散液(固形分25.0%)
(D)−4:カーボンブラック20.0質量%、高分子分散剤濃度5.0質量%のPGMEA分散液(固形分25.0%、カーボンブラックの平均二次粒径162nm)
(溶剤)
(E)-1:PGMEA
(E)-2:3-メトキシ-3-メチル-1-ブチルアセテート
(界面活性剤)
(H):BYK-330(ビックケミー社製)のPGMEA溶液(固形分1.0%)
上記の配合成分を表1に示す割合で配合して、実施例1〜6及び比較例1〜2の感光性樹脂組成物を調製した。尚、表1中の数値はすべて質量部を表す。また、溶剤の欄中の(E)-1は、不飽和基含有樹脂溶液(重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂溶液)中のPGMEA((E)-1と同じ)、及び遮光性分散液中のPGMEA((E)-1と同じ)を含まない量である。
[評価]
実施例1、参考例1〜5および比較例1〜2の遮光膜用の感光性樹脂組成物を用いて、以下に記す評価を行った。これらの評価結果を表2に示す。
<現像特性>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.0μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、フォトマスクを密着させ、500Wの高圧水銀ランプを用いて波長365nmの照度30mW/cm2の超高圧水銀ランプで100mJ/cm2の紫外線を照射し、感光部分の光硬化反応を行った。
次に、この露光後のガラス基板を0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて、24℃、0.1MPaの圧力で60秒間現像し、塗膜の未露光部を除去した。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。
得られた硬化膜パターンの細線形成を光学顕微鏡で確認し、以下の3段階で評価した。結果を表2に示す。
○:L/Sが10μm/10μm以上のパターンが残渣なく形成されているもの
△:L/Sが30μm/30μm以上のパターンが残渣なく形成されているもの
×:L/Sが50μm/50μm未満のパターンが形成されていないか、パターンの裾引きや残渣が目立つもの
<光学濃度>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が1.1μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。次に、得られた硬化膜の光学濃度はマクベス透過濃度計を用いて測定し、単位膜厚当たりの光学濃度で評価した。
<体積抵抗率>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、Cr蒸着された厚さ1.2mmのガラス基板上の電極を除いた部分にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.5μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、熱風乾燥機を用いて230℃、30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。その後、硬化膜上にアルミニウム電極を形成して体積抵抗率測定用基板を作成した。次に、エレクトロメーター(ケースレー社製、「6517A型」)を用いて、印加電圧1Vから10Vにおける体積抵抗率を測定した。1Vステップで各印加電圧で60秒ずつ電圧保持する条件で測定し、10V印加時の体積抵抗率を表2に示した。
<誘電率>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、Cr蒸着された厚さ1.2mmのガラス基板上の電極を除いた部分にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.5μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、熱風乾燥機を用いて230℃、30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。その後、硬化膜上にアルミニウム電極を形成して誘電率測定用基板を作成した。次に、エレクトロメーター(ケースレー社製、「6517A型」)を用いて、周波数1Hzから100000Hzにおける電気容量を測定し、電気容量から誘電率を算出した。算出した誘電率を表2に示した。
<スペーサーのハーフトーン(HT)特性>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.0μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、ドットパターンを有するフォトマスクを密着させ、500Wの高圧水銀ランプを用いて波長365nmの照度30mW/cm2の超高圧水銀ランプで5mJ/cm2または100mJ/cm2の紫外線を照射し、感光部分の光硬化反応を行った。
次に、この露光後のガラス基板を0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて、24℃、0.1MPaの圧力で60秒間現像し、塗膜の未露光部を除去した。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。
スペーサーのハーフトーン特性は、露光量が5mJ/cm2における遮光膜の膜厚(H1)および100mJ/cm2におけるスペーサーの膜厚(H2)の差(ΔH)を算出し、以下の4段階で評価した。結果を表2に示す。
○:ΔHが1.0μm〜2.0μmの場合
△:ΔHが0.1μm〜2.9μmの場合
×:ΔHが0.1μm未満または2.9μmより大きい場合
<スペーサーの圧縮率、弾性回復率、破壊強度>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.0μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、ドットパターンを有するフォトマスクを密着させ、500Wの高圧水銀ランプを用いて波長365nmの照度30mW/cm2の超高圧水銀ランプで100mJ/cm2の紫外線を照射し、感光部分の光硬化反応を行った。
次に、この露光後のガラス基板を0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて、24℃、0.1MPaの圧力で60秒間現像し、塗膜の未露光部を除去した。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。
得られた硬化膜パターンのスペーサー特性は超微小硬度計(フィッシャーインスツルメンツ社製、フィッシャースコープHM2000Xyp)を用いて評価した。負荷速度5.0mN/秒で100μm角の平面圧子を押し込み、50mNまでの荷重を負荷した後、除荷速度5.0mN/秒で除荷して変位量曲線を作成した。
圧縮率は、負荷時の荷重50mNでの変位量をL1として、下記式から算出した。
圧縮率(%)=L1/スペーサーの高さ×100
弾性回復率は、負荷時の荷重50mNでの変位量をL1とし、除荷時の変位量をL2として、下記式から算出した。
弾性回復率(%)=(L1−L2)/L1×100
破壊強度は、超微小硬度計(フィッシャーインスツルメンツ社製、フィッシャースコープHM2000Xyp)を用いて評価した。負荷速度5.0mN/秒で100μm角の平面圧子を押し込み、300mNまでの荷重を負荷してスペーサーが破壊した時の荷重を測定し、以下の4段階で評価した。結果を表2に示す。
○:破壊強度が300mN以上場合
△:破壊強度が200mN以下の場合
×:破壊強度が100mN以下の場合
<スペーサーの形状>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.0μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、ドットパターンを有するフォトマスクを密着させ、500Wの高圧水銀ランプを用いて波長365nmの照度30mW/cm2の超高圧水銀ランプで100mJ/cm2の紫外線を照射し、感光部分の光硬化反応を行った。
次に、この露光後のガラス基板を0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて、24℃、0.1MPaの圧力で60秒間現像し、塗膜の未露光部を除去した。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。
スペーサーの形状は、走査型電子顕微鏡を用いてスペーサー端部の内角(テーパー角)で評価した。テーパー角が70°以上90°以下の場合は◎、50°以上70°未満の場合は○、50°以下の場合は△、90°以上の場合は×とした。
実施例1、参考例1〜5と比較例1〜2の結果から、(D)遮光材にチタンブラックを用いることにより、体積抵抗率を維持したまま遮光性、誘電率および弾性回復率等のスペーサー特性を向上させることができることがわかる。特にチタンブラックと黒色有機顔料または混色有機顔料を併用することにより、弾性回復率等のスペーサー特性を低下させることなく、それぞれの遮光材の欠点を補完でき、遮光性、体積抵抗率、誘電率の両立に効果的であることがわかる。

Claims (14)

  1. 下記(A)〜(E)成分、
    (A)一般式(I)で表されるエポキシ化合物と不飽和基含有モノカルボン酸との反応物に対して、(a)テトラカルボン酸又はその酸二無水物、及び(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物、を反応させて得られた重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂、
    (一般式(I)において、R 、R 、R 及びR は、独立に水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を示し、Xは、フルオレン−9,9−ジイル基を示し、mの平均値が0〜10の範囲である。)
    (B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマー、
    (C)光重合開始剤、
    (D)ラクタムブラックを含む遮光成分、及び
    (E)溶剤を、
    必須成分として含むことを特徴とする、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物。
  2. 記ラクタムブラックの平均二次粒径が20〜500nmであることを特徴とする、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  3. (B)成分を(A)成分100質量部に対して5〜400質量部、
    (C)成分を(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対して0.1〜30質量部、光硬化後に固形分となる(B)成分を含む、(E)成分を除く成分を固形分とするとき、
    (D)成分を、固形分の合計量中、5〜80質量%、
    それぞれ含むことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の感光性樹脂組成物。
  4. 光学濃度ODが0.5/μm以上3/μm以下である遮光膜であって、電圧10V印加時の体積抵抗率が1×10Ω・cm以上、且つ比誘電率が2〜10である遮光膜を形成しうることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  5. 微小硬度計による負荷−除荷試験において、下記(i)〜(iii)の少なくとも一つを満たす遮光膜を形成しうることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
    (i)破壊強度が200mN以上であること
    (ii)弾性復元率が30%以上であること
    (iii)圧縮率が40%以下であること
  6. 請求項1〜のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を硬化させて形成したことを特徴とする、スペーサー機能を有する遮光膜。
  7. 請求項に記載の遮光膜をブラックカラムスペーサー(BCS)として有する液晶表示装置。
  8. さらに薄膜トランジスタ(TFT)を有することを特徴とする、請求項に記載の液晶表示装置。
  9. (D)遮光成分を(E)溶剤中に分散させた分散体を調製した後、前記分散体に(A)アルカリ可溶性樹脂、(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマー、(C)光重合開始剤、及び(E)溶剤をさらに添加して混合する、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物の製造方法であって、
    前記(A)アルカリ可溶性樹脂は、ビスフェノール類から誘導される2個のグリシジルエーテル基を有するエポキシ化合物と不飽和基含有モノカルボン酸との反応物に対して、(a)テトラカルボン酸又はその酸二無水物、及び(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られたアルカリ可溶性樹脂であり、
    (D)遮光成分は、ラクタムブラックである、方法。
  10. 前記分散体において、前記ラクタムブラックの平均二次粒径が20〜500nmであることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
  11. 請求項1〜のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を基板に塗布し、光照射によって前記感光性樹脂組成物を硬化させる、基板上に形成された遮光膜の製造方法。
  12. 請求項11に記載の遮光膜の製造方法であり、遮光膜としての光学濃度を0.5/μm以上3/μm未満とするための膜厚H1と、スペーサー機能を担う遮光膜の膜厚H2について、H2が2〜7μmのとき、ΔH=H2−H1が0.1〜2.9である膜厚H1と膜厚H2の遮光膜を同時に形成することを特徴とする遮光膜の製造方法。
  13. 請求項12に記載の方法で製造された遮光膜をブラックカラムスペーサーとすることを特徴とする、液晶表示装置の製造方法。
  14. 前記液晶表示装置は薄膜トランジスタ(TFT)を有することを特徴とする、請求項13に記載の製造方法。
JP2015200335A 2015-10-08 2015-10-08 スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物、遮光膜、液晶表示装置、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物の製造方法、遮光膜の製造方法、および液晶表示装置の製造方法 Active JP6713746B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015200335A JP6713746B2 (ja) 2015-10-08 2015-10-08 スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物、遮光膜、液晶表示装置、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物の製造方法、遮光膜の製造方法、および液晶表示装置の製造方法
CN201610872749.4A CN106959577B (zh) 2015-10-08 2016-09-30 感光性树脂组合物、遮光膜、液晶显示设备、及这些的制造方法
TW105132177A TWI708995B (zh) 2015-10-08 2016-10-05 具有間隔件功能之遮光膜用之感光性樹脂組成物、遮光膜、液晶顯示裝置、具有間隔件功能之遮光膜用之感光性樹脂組成物的製造方法、遮光膜之製造方法、及液晶顯示裝置之製造方法
KR1020160129551A KR102733864B1 (ko) 2015-10-08 2016-10-07 스페이서 기능을 갖는 차광막용 감광성 수지 조성물, 차광막, 액정 표시 장치, 스페이서 기능을 갖는 차광막용 감광성 수지 조성물의 제조 방법, 차광막의 제조 방법, 및 액정 표시 장치의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015200335A JP6713746B2 (ja) 2015-10-08 2015-10-08 スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物、遮光膜、液晶表示装置、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物の製造方法、遮光膜の製造方法、および液晶表示装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017072760A JP2017072760A (ja) 2017-04-13
JP6713746B2 true JP6713746B2 (ja) 2020-06-24

Family

ID=58537641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015200335A Active JP6713746B2 (ja) 2015-10-08 2015-10-08 スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物、遮光膜、液晶表示装置、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物の製造方法、遮光膜の製造方法、および液晶表示装置の製造方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6713746B2 (ja)
KR (1) KR102733864B1 (ja)
CN (1) CN106959577B (ja)
TW (1) TWI708995B (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110520794A (zh) 2017-06-20 2019-11-29 株式会社艾迪科 聚合性组合物、黑色矩阵用感光性组合物及黑色柱状间隔物用感光性组合物
KR102312785B1 (ko) * 2017-08-10 2021-10-14 동우 화인켐 주식회사 광중합성 불포화 수지, 이를 포함하는 감광성 수지 조성물 및 이로부터 형성되는 차광성 스페이서와 액정 디스플레이 장치
JP6374595B1 (ja) * 2017-09-26 2018-08-15 東京応化工業株式会社 感光性樹脂組成物、硬化膜、表示装置、及びパターン形成方法
TWI646379B (zh) * 2017-12-04 2019-01-01 友達光電股份有限公司 顯示面板
JP6908116B2 (ja) * 2018-07-05 2021-07-21 東レ株式会社 樹脂組成物、遮光膜および遮光膜の製造方法
KR102509153B1 (ko) * 2018-07-24 2023-03-10 미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤 액정 적하 공법용 차광 실링제, 및 이것을 이용한 액정 표시 패널의 제조 방법
KR102528890B1 (ko) * 2018-10-11 2023-05-04 동우 화인켐 주식회사 흑색 감광성 수지 조성물, 이를 사용하여 제조된 블랙 매트릭스 및/또는 칼럼스페이서를 포함하는 컬러필터, 및 상기 컬러필터를 포함하는 표시장치
CN111748077A (zh) * 2019-03-29 2020-10-09 日铁化学材料株式会社 碱可溶性树脂、氢化化合物及其制造方法、树脂组合物及其硬化膜、触控面板及滤光片
JP7250591B2 (ja) * 2019-03-29 2023-04-03 日鉄ケミカル&マテリアル株式会社 重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の製造方法、重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂、それを含む感光性樹脂組成物、それを硬化してなる硬化物、その硬化物を構成成分として含むタッチパネルおよびカラーフィルター
KR20240102857A (ko) 2022-12-26 2024-07-03 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤 감광성 수지 조성물, 경화막, 컬러 필터, 터치 패널 및 표시 장치

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08234212A (ja) 1995-02-28 1996-09-13 Casio Comput Co Ltd 液晶表示素子
JP2001235755A (ja) * 1999-12-17 2001-08-31 Toray Ind Inc 液晶パネル体
JP4355911B2 (ja) * 2003-09-12 2009-11-04 戸田工業株式会社 ブラックマトリックス用着色材料及び該ブラックマトリックス用着色材料を含むブラックマトリックス用着色組成物並びにカラーフィルター
KR101003829B1 (ko) 2004-04-30 2010-12-23 엘지디스플레이 주식회사 씨오티 구조 액정표시장치 및 그 제조 방법
JP4794870B2 (ja) * 2005-02-24 2011-10-19 東京応化工業株式会社 遮光層形成用感光性樹脂組成物ならびに遮光層およびカラーフィルタ
KR101482969B1 (ko) * 2007-03-15 2015-01-21 신닛테츠 수미킨 가가쿠 가부시키가이샤 차광성 조성물 및 컬러필터
JP2009031778A (ja) 2007-06-27 2009-02-12 Mitsubishi Chemicals Corp 感光性組成物、方法、硬化物及び液晶表示装置
KR100937201B1 (ko) * 2007-11-30 2010-01-19 제일모직주식회사 흑색 감광성 수지 조성물
KR101349622B1 (ko) * 2011-08-26 2014-01-10 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 광중합성 불포화 수지, 이를 포함하는 감광성 수지 조성물 및 이로부터 형성되는 차광성 스페이서와 액정 디스플레이 장치
KR101977607B1 (ko) 2011-12-02 2019-05-14 엘지디스플레이 주식회사 게이트 드라이브 집적회로 및 이를 이용한 유기발광표시장치
JP5916373B2 (ja) * 2011-12-22 2016-05-11 東京応化工業株式会社 ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物、ブラックカラムスペーサ、表示装置、及びブラックカラムスペーサの形成方法
TWI585527B (zh) * 2012-02-29 2017-06-01 新日鐵住金化學股份有限公司 A photosensitive composition for black matrix and a method for producing the same
KR101664121B1 (ko) * 2012-12-13 2016-10-10 제일모직 주식회사 컬러필터용 감광성 수지 조성물 및 이를 이용한 컬러필터
JP6065596B2 (ja) * 2013-01-16 2017-01-25 Jsr株式会社 感放射線性着色組成物、着色硬化膜及び表示素子
KR101658374B1 (ko) * 2013-01-25 2016-09-22 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 컬럼 스페이서 및 블랙 매트릭스를 동시에 구현할 수 있는 착색 감광성 수지 조성물
JP6417941B2 (ja) * 2013-03-07 2018-11-07 東レ株式会社 ブラックマトリクス基板
TWI659265B (zh) * 2014-03-07 2019-05-11 日商日鐵化學材料股份有限公司 遮光膜用黑色樹脂組成物、帶遮光膜的基板、彩色濾光片及觸控面板
JP6708367B2 (ja) * 2014-03-31 2020-06-10 日鉄ケミカル&マテリアル株式会社 遮光膜用感光性樹脂組成物、これを硬化した遮光膜及びカラーフィルター
JP6543042B2 (ja) * 2015-02-20 2019-07-10 東京応化工業株式会社 感光性樹脂組成物

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017072760A (ja) 2017-04-13
KR20170042245A (ko) 2017-04-18
CN106959577B (zh) 2021-11-05
TWI708995B (zh) 2020-11-01
TW201732424A (zh) 2017-09-16
KR102733864B1 (ko) 2024-11-26
CN106959577A (zh) 2017-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6713746B2 (ja) スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物、遮光膜、液晶表示装置、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物の製造方法、遮光膜の製造方法、および液晶表示装置の製造方法
JP7227939B2 (ja) 遮光膜用感光性樹脂組成物、これを硬化した遮光膜及びカラーフィルター
JP7510449B2 (ja) 感光性樹脂組成物及び樹脂膜付き基板の製造方法
TWI857038B (zh) 感光性樹脂組成物、使感光性樹脂組成物硬化而成的硬化膜、帶有硬化膜的基板及帶有硬化膜的基板的製造方法
JP6700710B2 (ja) ブラックカラムスペーサー用の感光性樹脂組成物、ブラックカラムスペーサー、液晶表示装置、ブラックカラムスペーサー用の感光性樹脂組成物の製造方法、ブラックカラムスペーサーの製造方法、および液晶表示装置の製造方法
JP2024022626A (ja) 遮光膜用の感光性樹脂組成物、遮光膜、液晶表示装置、スペーサー機能を有する遮光膜の製造方法、および液晶表示装置の製造方法
JP7536481B2 (ja) 感光性樹脂組成物、感光性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜、硬化膜付き基板および硬化膜付き基板の製造方法
JP7568413B2 (ja) 感光性樹脂組成物、それを硬化してなる硬化膜、およびその硬化膜を有する表示装置
TW202340861A (zh) 感光性樹脂組成物、使感光性樹脂組成物硬化而成的硬化膜、附有硬化膜的基板及附有硬化膜的基板的製造方法
CN108693704B (zh) 感光性树脂组合物、遮光膜、液晶显示装置及遮光膜与液晶显示装置的制造方法
JP2020060617A (ja) 遮光膜用感光性樹脂組成物及びその硬化物、並びに当該硬化物を用いたカラーフィルター及びタッチパネルの製造方法
JP7345252B2 (ja) 遮光膜用感光性樹脂組成物及びその硬化物、並びに当該硬化物を用いたカラーフィルター及びタッチパネルの製造方法
JP2024092968A (ja) 感光性樹脂組成物、硬化膜、カラーフィルター、タッチパネル及び表示装置
JP2022163462A (ja) ブラックレジスト用感光性樹脂組成物および遮光膜、ならびにカラーフィルター遮光膜の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20151029

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20151030

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180926

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20190621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190626

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190730

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190927

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20191105

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200424

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20200507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200602

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200604

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6713746

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250