説明

感光性樹脂組成物

【課題】 アルカリ現像性及び感度が良好であり、かつ、その色純度に優れたカラーフィルター形成に使用される感光性樹脂組成物を提供する。
【解決手段】
カルボキシル基を有する親水性樹脂(A)、多官能(メタ)アクリレートモノマー(B)、着色粒子(C)及び光ラジカル重合開始剤(D)を含有する感光性樹脂組成物であって、前記カルボキシル基の少なくとも一部が、超強塩基性化合物(E)で中和されていることを特徴とするアルカリ現像可能なカラーフィルター形成用感光性樹脂組成物(Q)である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光照射を含む工程により硬化し、アルカリ現像可能なカラーフィルター形成用感光性樹脂組成物と、該組成物を用いて形成したカラーフィルターに関するものである。
【背景技術】
【0002】
液晶の表示装置又は固体撮像素子等に用いられるカラーフィルターは、染色法、印刷法、電着法、顔料分散法等により、ガラス等の透明基板上に赤、緑、青等の微細な画素を形成したものである。
【0003】
これらの各種製造方法のうち、近年の、液晶表示装置用カラーフィルターの製造では、生産性が高くかつ微細加工性に優れる点から、着色粒子を分散した感光性樹脂による製造法(顔料分散法)が主流となっている。これは、例えば感光性樹脂に顔料を分散した組成物をガラス等の透明基板上に塗布し、形成した塗膜にフォトマスクを介して放射線照射による露光を行い、未露光部を有機又は無機の現像液で現像処理することにより除去してパターンを形成するものである。
【0004】
カラー液晶表示装置としては装置背面に光源(バックライト)を設け、その透過光により表示する透過型カラー液晶表示装置が一般的であり、カラーフィルターとしては赤(R)、緑(G)及び青(B)の三原色による加法混色タイプが一般的である。近年、カラー液晶表示装置は、従来のノートパソコン用以外に、モニター用途へも急速に展開しており、カラーフィルターにもより一層の高色純度化が求められており、着色粒子の高濃度化が検討されている。しかしながら、着色粒子の高濃度化に伴い、感度及び着色粒子の分散性が悪化する問題点があった。
【0005】
これに対して、特定の開始剤を使用することで感度の悪化を解決したカラーフィルター用組成物が提案されている(特許文献−1)。
【0006】
また、着色粒子の分散性を高めるため4級アンモニウム塩を含有する分散剤を使用したカラーフィルター用組成物が提案されている(特許文献−2)。
【0007】
しかしながら、上記いずれも着色粒子の分散性が不十分であり色純度が劣る問題があった。
【0008】
【特許文献−1】特開2005−316449号公報
【特許文献−2】特開2002−31713号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、感度及びアルカリ現像性が良好な感光性樹脂組成物を提供し、さらにその硬化物が優れた色純度を有するカラーフィルター形成に用いられる感光性樹脂組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、カルボキシル基を有する親水性樹脂(A)、多官能(メタ)アクリレートモノマー(B)、着色粒子(C)及び光ラジカル重合開始剤(D)を含有する感光性樹脂組成物であって、前記カルボキシル基の少なくとも一部が、超強塩基性化合物(E)で中和されていることを特徴とするアルカリ現像可能なカラーフィルター形成用感光性樹脂組成物(Q);及びこれを光照射を含む工程により硬化させて形成されたカラーフィルターである。
【発明の効果】
【0011】
本発明の感光性樹脂組成物及びそれから得られたカラーフィルターは、以下の効果を奏する。
・感光性樹脂組成物はアルカリ現像性に優れている。
・感光性樹脂組成物は感度に優れている。
・カラーフィルターは色純度に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明の感光性樹脂組成物(Q)[以下において、単に(Q)と表記する場合がある]は、カルボキシル基を有する親水性樹脂(A)[以下において、単に(A)と表記する場合がある]、多官能(メタ)アクリレートモノマー(B)[以下において、単に(B)と表記する場合がある]、着色粒子(C)[以下において、単に(C)と表記する場合がある]、及び光ラジカル重合開始剤(D)[以下において、単に(D)と表記する場合がある]を含有し、アルカリ現像性・感度に優れ、かつ色純度に優れるカラーフィルターを提供するものである。なお、上記及び以下において、例えば「(メタ)アクリレート」等の(メタ)を付した表現は「アクリレート及び/又はメタクリレート」等を意味する。
【0013】
以下において、本発明の感光性樹脂組成物(Q)の必須構成成分である(A)〜(D)について、順に説明する。
【0014】
本発明におけるカルボキシル基を有する親水性樹脂(A)における親水性の指標はHLBにより規定され、一般にこの数値が大きいほど親水性が高いことを示す。(A)のHLB値は、(A)の樹脂骨格(例えば、ビニル系樹脂、エポキシ系系樹脂、ポリエステル系樹脂等)によって好ましい範囲が異なるが、通常4〜19、好ましくは5〜18、さらに好ましくは6〜17である。4以上であれば感光性樹脂の現像を行う際に、現像性がさらに良好であり、19以下であれば硬化物の耐水性がさらに良好である。なお、本発明におけるHLBは、小田法によるHLB値であり、親水性−疎水性バランス値のことであり、有機化合物の有機性の値と無機性の値との比率から計算することができる。
HLB≒10×無機性/有機性
また、無機性の値及び有機性の値は、文献「界面活性剤の合成とその応用」(槇書店発行、小田、寺村著)の501頁;及び「新・界面活性剤入門」(藤本武彦著、三洋化成工業株式会社発行)の198頁に詳しく記載されている。
【0015】
また、(A)の溶解度パラメーター(以下、SP値という。)は、好ましくは7〜14、さら好ましくは8〜13、特に好ましくは11〜13である。7以上であるとさらに現像性が良好に発揮でき、14以下であると硬化物の耐水性がさらに良好である。
【0016】
本発明におけるSP値は、FEDORSらが提案した下記の文献に記載の方法によって計算されるものである。
【0017】
「POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,FEBRUARY,1974,Vol.14,No.2,ROBERT F.FEDORS.(147〜154頁)」SP値が近いもの同士はお互いに混ざりやすく(分散性が高く)、この数値が離れているものは混ざりにくいことを表す指標である。
【0018】
(A)は、現像性の観点からカルボキシル基を有する。カルボキシル基の含有量は弱酸価で示される。(A)の弱酸価は、10mgKOH/g以上であると、現像性がさらに良好に発揮されやすく、500mgKOH/g以下であれば硬化物の耐水性がさらに良好に発揮できる。
【0019】
本発明における弱酸価は、以下の測定方法で測定できる。
(1)試料を約1g採取して精秤し、メタノール/アセトン=1/1溶液100mlに溶解する。
(2)希塩酸でpHを3以下に調整し、0.1モル/L水酸化カリウムメチルアルコール標
準液にて電位差自動滴定装置で測定し、次式により弱酸価を算出する。
弱酸価=(A−B)×f×5.611/S
ここで、A:本試験に要した0.1モル/L水酸化カリウム標準液のml数
B:空試験に要した0.1モル/L水酸化カリウム標準液のml数
f:0.1モル/L水酸化カリウム標準液の力価
S:試料採取量(g)
【0020】
(A)としては、親水性ビニル系ポリマー(A1)(以下、単に(A1)と表記する場合がある)、親水性エポキシ系ポリマー(A2)(以下、単に(A2)と表記する場合がある)、親水性ポリエステル系ポリマー、親水性ポリアミド系ポリマー、親水性ポリカーボネート系ポリマー及び親水性ポリウレタン系ポリマー等が挙げられる。(A)は1種で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらのうち、感光性樹脂組成物の感度の観点と、製造のし易さの観点から、好ましいのは(A1)及び(A2)である。(A)としては、カルボキシル基以外に、さらに水酸基、アミノ基、アミド基、ポリエーテル基、スルホン酸基、硫酸エステル基及び燐酸エステル基等の親水基を有するポリマーが挙げられる。
【0021】
(A1)としては、前述のカルボキシル基をビニル系ポリマー分子の側鎖及び/又は末端に有するものが挙げられる。充分な現像性を発揮するためには側鎖にカルボキシル基を有するものが好ましい。
【0022】
(A1)の好ましい製造方法は、カルボキシル基含有ビニルモノマー(a)[以下において、単に(a)と表記する場合がある]と、必要により他の親水基含有ビニルモノマー(b)[以下において、単に(b)と表記する場合がある]及び/又は疎水基含有ビニルモノマー(c)[以下において、単に(c)と表記する場合がある]とをビニル重合する方法である。
【0023】
カルボキシル基含有ビニルモノマー(a)としては、不飽和モノカルボン酸[(メタ)アクリル酸、クロトン酸及び桂皮酸など]、不飽和多価(2〜4価)カルボン酸[(無水)マレイン酸、イタコン酸、フマル酸及びシトラコン酸等]、及び不飽和多価カルボン酸アルキル(炭素数1〜10のアルキル基)エステル[マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル及びシトラコン酸モノアルキルエステル等]、並びにこれらの塩[アルカリ金属塩(ナトリウム塩及びカリウム塩等)、アルカリ土類金属塩(カルシウム塩及び及びマグネシウム塩等)、アミン塩及びアンモニウム塩等]が挙げられる。(a)のうち好ましいのは親水性の観点から不飽和モノカルボン酸、さらに好ましいのは(メタ)アクリル酸である。
【0024】
他の親水基含有ビニルモノマー(b)としては、以下の(b1)〜(b6)のビニルモノマーが挙げられる。
(b1)水酸基含有ビニルモノマー:
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート[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、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなど]、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート[ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等]、アルキロール(メタ)アクリルアミド[N−メチロール(メタ)アクリルアミド等]、ヒドロキシスチレン及び2−ヒドロキシエチルプロペニルエーテル等が挙げられる。(a1)のうち好ましいのはアルカリ現像性の観点からヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートであり、特に好ましいのは2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートである。
【0025】
(b2)スルホン酸基含有ビニルモノマー:
ビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、α−メチルスチレンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸及びこれらの塩等が挙げられる。塩としてはアルカリ金属(ナトリウム及びカリウム等)塩、アルカリ土類金属(カルシウム及びマグネシウム等)塩、第1〜3級アミン塩、アンモニウム塩及び第4級アンモニウム塩等が挙げられる。
【0026】
(b3)アミノ基含有ビニルモノマー:
3級アミノ基含有(メタ)アクリレート[ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート及びジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート]等が挙げられる。
【0027】
(b4)アミド基含有ビニルモノマー:
(メタ)アクリルアミド、N−アルキル(炭素数1〜6)(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、N,N’−メチレン−ビス(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアルキル(炭素数1〜6)又はジアラルキル(炭素数7〜15)(メタ)アクリルアミド(例えば、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド及びN,N−ジベンジル(メタ)アクリルアミド等)、メタクリルホルムアミド、N−メチル−N−ビニルアセトアミド、桂皮酸アミド及び環状アミド(N−ビニルピロリドン、N−アリルピロリドン等)が挙げられる。
【0028】
(b5)第4級アンモニウム塩基含有ビニルモノマー:
炭素数6〜50(好ましくは8〜20)の第3級アミノ基含有ビニルモノマーの4級化物(4級化剤としては、メチルクロライド、ジメチル硫酸、ベンジルクロライド及びジメチルカーボネート等)、例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートの4級化物、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートの4級化物、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミドの4級化物及びジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミドの4級化物等が挙げられる。
【0029】
(b6)ポリエーテル基含有ビニルモノマー:
アルコキシ(アルコキシ基の炭素数1〜8)ポリアルキレン(アルキレン基の炭素数2〜4)グリコールモノ(メタ)アクリレート[メトキシポリエチレングリコール(重合度2〜40)モノ(メタ)アクリレート及びメトキシポリプロピレングリコール(重合度2〜30)モノ(メタ)アクリレート等]等が挙げられる。
【0030】
(b)のうち好ましいのは、充分な現像性を付与するという観点から(b1)である。
【0031】
疎水基含有ビニルモノマー(c)としては、以下の非イオン性のモノマー(c1)〜(c6)が挙げられる。
【0032】
(c1)(メタ)アクリル酸エステル:
アルキル基の炭素数1〜20のアルキル(メタ)アクリレート[例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート及び2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等]及び脂環基含有(メタ)アクリレート[ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、シジクロペンテニル(メタ)アクリレート及びイソボルニル(メタ)アクリレート等]等が挙げられる。
【0033】
(c2)芳香族炭化水素モノマー:
スチレン骨格を有する炭化水素モノマー[例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン及びベンジルスチレン]及びビニルナフタレン等が挙げられる。
【0034】
(c3)カルボン酸ビニルエステル:
炭素数4〜50のもの、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル及び酪酸ビニル等が挙げられる。
【0035】
(c4)ビニルエーテル系モノマー:
炭素数3〜50(好ましくは6〜20)のもの、例えば、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル、ビニルブチルエーテル等が挙げられる。
【0036】
(c5)ビニルケトン系モノマー:
炭素数4〜50のもの、例えば、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン及びビニルフェニルケトン等が挙げられる。
【0037】
(c6)ハロゲン原子含有モノマー:
炭素数2〜50(好ましくは2〜20)のもの、例えば、塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、クロルスチレン及びブロムスチレン等が挙げられる。
【0038】
(c)のうち好ましいのは、感度の観点から(c1)、さらに好ましいのは脂環基含有(メタ)アクリレートである。
【0039】
(A1)における、(a)、(b)及び(c)の仕込みモノマーモル比(a)/(b)/(c)は、通常5/0/95〜100/0/0、感度と現像性の観点から、好ましくは10/10/80〜70/20/10、さらに好ましくは15/15/70〜55/30/15である。
【0040】
前記(A1)は、さらに感度を向上させる目的で(メタ)アクリロイル基を側鎖に含有させてもよい。側鎖に(メタ)アクリロイル基を含有させる方法としては、例えば下記の(1)及び(2)の方法が挙げられる。
(1)(b)のうちの少なくとも一部にイソシアネート基と反応しうる基(水酸基又は1級若しくは2級アミノ基等)を有するモノマーを使用して重合体を製造し、その後(メタ)アクリロイル基とイソシアネート基を有する化合物((メタ)アクリロイルエチルイソシアネート等)を反応させる方法。
(2)重合体中のカルボキシル基(及び必要により水酸基、1級アミノ基又は2級アミノ基)と、(メタ)アクリロイル基とエポキシ基を有する化合物(グリシジル(メタ)アクリレート等)のエポキシ基とを反応させる方法。
【0041】
(A1)の重量に基づく(メタ)アクリロイル基の濃度は、感度の観点から好ましくは1mmol/g以上、さらに好ましくは2〜12mmol/g、特に好ましくは3〜9mmol/gである。(メタ)アクリロイル基濃度が1mmol/g以上であると弾性回復特性の向上の効果がさらに良好に発現し、また、12mmol/g以下であれば現像性がさらに良好に発揮できる。
【0042】
本発明における(メタ)アクリロイル基の濃度は、(メタ)アクリロイル基へのアミンの付加反応(マイケル付加)を利用した滴定法により測定できる。方法は以下の通りである。
(i)試料約1gを精秤して三角フラスコに入れ、続いてアセトン約10mlを加え溶解する。
(ii)モルホリン標準液[モルホリンとメタノールを1:4(容量比)で混合したもの]10mlを加え、さらに50%酢酸標準液[酢酸とイオン交換水を1:1(容量比)で混合したもの]1.5mlを加えてよく振とうした後、室温で15分間放置する。
(iii)アセトニトリル15ml及び無水酢酸10mlを上記三角フラスコに加えよく振とうする。
(iv)記録式自動滴定装置を用いて、0.5mol/Lの塩酸・メタノール滴定用溶液を用いて滴定する。
(v)同時に空試験を実施し、下式にて決定する。
(メタ)アクリロイル基濃度(mmol/g) = f × (A−B) / 2S
ただし、A:試料の滴定に要した0.5mol/L塩酸・メタノール滴定用溶液のm L数。
B:空試験に要した0.5mol/L塩酸・メタノール滴定用溶液のmL数。
f:0.5mol/L塩酸・メタノール滴定用溶液の力価。
S:試料採取量(g)
【0043】
(A1)の数平均分子量(以下、Mnと略記。ゲルパーミュエーションクロマトグラフィーによる測定値)は、感光性樹脂組成物としての感度と現像性の観点から、好ましくは500〜500,000、さらに好ましくは1,000〜100,000、特に好ましくは3,000〜20,000である。
【0044】
(A1)は、モノマーを必要により溶剤(F4)[以下、単に(F4)と表記する場合がある]で希釈した後、ラジカル重合開始剤によって重合を行う事で得ることが出来る。溶剤(F4)としては、グリコールエーテル類(エチレングリコールモノアルキルエーテル及びプロピレングリコールモノアルキルエーテル等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソフ゛チルケトン及びシクロヘキサノン等)、及びエステル類(ブチルアセテート、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート及びプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート等)が挙げられる。(F4)のうち好ましいのはケトン類及びエステル類である。
【0045】
(F4)を使用する場合、その使用量は特に限定されないが、親水性樹脂(A)の重量に基づいて通常、1〜400%(以下において、特に限定しない限り%は重量%を表す)、好ましくは5〜300%、特に好ましくは10〜200%である。
【0046】
ラジカル重合開始剤としては、過酸化物及びアゾ化合物が挙げられる。過酸化物としては、無機過酸化物(例えば、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等)、及び有機過酸化物(例えば、過酸化ベンゾイル、ジ−t−ブチルパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド、ラウリルパーオキシド等)などが挙げられる。アゾ化合物としては、アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、アゾビスシアノ吉草酸及びその塩(例えば、塩酸塩等)、及びアゾビス(2−アミジノプロパン)ハイドロクロライドなどが挙げられる。好ましいものとしては、アゾ化合物である。重合開始剤の使用量としては、モノマーの合計重量に基づいて、0.0001〜20%が好ましく、さらに好ましくは0.001〜15%、特に好ましくは0.005〜10%である。反応温度及び反応時間は、ラジカル重合開始剤の種類により適宜決定される。
【0047】
前述のように(A)の親水性の指標はHLBにより規定されるが、このうちの(A1)のHLB値は、好ましくは9〜19、さらに好ましくは10〜18、特に好ましくは11〜17である。(A1)のHLBが9以上であれば、現像性がさらに良好に発揮できる。
【0048】
本発明における(A)のうちのエポキシ系ポリマー(A2)[以下、単に(A2)と表記する場合がある]は、カルボキシル基を含有し、必要によりその他の親水性を有するエポキシ樹脂骨格を有するポリマーである。その他の親水基としては、水酸基、アミノ基、アミド基、ポリエーテル基、スルホン酸基、硫酸エステル基及び燐酸エステル基等が挙げられ、好ましいのは水酸基である。(A2)は、感度の観点から、分子中に(メタ)アクリロイル基を有する方が好ましい。
【0049】
(A2)の好ましい製造法は、エポキシ樹脂(A20)[以下、単に(A20)と表記する場合がある]中のエポキシ基に、(メタ)アクリロイル基含有モノカルボン酸を反応させてエポキシ基を開環させて水酸基を生成させ、該水酸基の一部に多価カルボン酸若しくは多価カルボン酸無水物(e)[以下、単に(e)と表記する場合がある]を反応させる方法である。
【0050】
(A20)としては、脂肪族エポキシ樹脂[例えばエポトートYH−300、PG−202、PG−207(いずれも東都化成(株)製)等]や脂環式エポキシ樹脂[例えばCY−179、CY−177、CY−175(いずれも旭化成エポキシ(株)製)等]や芳香族エポキシ樹脂[例えば、フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールAエポキシ樹脂、ビフェニール型エポキシ樹脂おおびグリシジル変性ポリビニルフェノール等]が挙げられる。(A20)のうち好ましいのは感度の観点から芳香族エポキシ樹脂である。
【0051】
(A2)の製造に使用される(メタ)アクリロイル基含有モノカルボン酸としては、アクリル酸及びメタクリル酸が挙げられる。
【0052】
(A2)の製造に使用される多価カルボン酸及び多価カルボン酸無水物(e)としては、前述の(a)のうちの不飽和多価カルボン酸及びそれらの無水物、並びに飽和多価(2〜6価)カルボン酸(シュウ酸、コハク酸、フタル酸、アジピン酸、ドデカン二酸、ドデセニルコハク酸、ペンタデセニルコハク酸及びオクタデセニルコハク酸等の脂肪族飽和多価カルボン酸;テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸及びナフタレンテトラカルボン酸等の芳香族多価カルボン酸)及びそれらの無水物(例えば、無水コハク酸、ドデセニル無水コハク酸、ペンタデセニル無水コハク酸及びオクタデセニル無水コハク酸などの脂肪族飽和多価カルボン酸無水物;無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸無水物及びナフタレンテトラカルボン酸無水物などの芳香族多価カルボン酸無水物)が挙げられる。好ましいのは、感度及び現像性の観点から飽和多価カルボン酸無水物である。
【0053】
(A2)の製造における、(メタ)アクリル酸/(A20)の仕込み重量比は、好ましくは(A2)の(メタ)アクリロイル基の濃度が1.0mmol/g以上となるような(メタ)アクリル酸の仕込み重量比である。上記の観点から、アクリル酸の重量比、アクリル酸/(A20)は好ましくは(7.2/100)以上、さらに好ましくは(7.9/100)〜(72/100)である。また、メタクリル酸の重量比、メタクリル酸/(A20)は好ましくは(9.2/100)以上さらに好ましくは(10/100)〜(92/100)である。(A2)の(メタ)アクリロイル基の濃度も前述の方法で測定できる。
【0054】
(A2)の重量に基づく(メタ)アクリロイル基の濃度は、感度の観点から好ましくは1mmol/g以上、さらに好ましくは2〜12mmol/g、特に好ましくは3〜9mmol/gである。(メタ)アクリロイル基濃度が1mmol/g以上であると弾性回復特性の向上の効果がさらに良好に発現し、また、12mmol/g以下であれば現像性がさらに良好に発揮できる。
【0055】
(A20)と(メタ)アクリル酸の反応における反応温度は、特に限定されないが、好ましくは70〜110℃である。また、反応時間は、特に限定されないが、好ましくは5〜30時間である。また、必要により触媒(例えば、トリフェニルホスフィン等)及びラジカル重合禁止剤(ヒドロキノン、p−メトキシフェノール等)を用いてもよい。また、(A20)の(メタ)アクリル酸付加物の重量に対する、多価カルボン酸又は多価カルボン酸無水物(e)の仕込み当量は、(A2)の弱酸価が、好ましくは10〜500mgKOH/gとなるような(e)の仕込み当量であり、例えば、(e)が2価カルボン酸若しくはその無水物である場合、(e)の仕込み当量/(A20)の(メタ)アクリル酸付加物の重量は、上記の観点から、好ましくは0.18〜8.9ミリ当量/g、さらに好ましくは0.53〜7.1ミリ当量/gである。
【0056】
(A20)の(メタ)アクリル酸付加物と(e)との反応における反応温度は、特に限定されないが、好ましくは70〜110℃である。また、反応時間は、特に限定されないが、好ましくは3〜10時間である。
【0057】
(A2)のMnは、感光性樹脂組成物としての感度と現像性の観点から、通常500〜3,000、好ましくは1,000〜2,800、特に好ましくは1,500〜2,500である。
【0058】
(A2)のHLB値は、好ましくは4〜14、さらに好ましくは5〜13、特に好ましくは6〜12である。(A2)のHLBが4以上であれば、現像性が良好に発揮できる。
【0059】
親水性樹脂(A)のうちで、特に好ましいのは感光性樹脂組成物の感度の観点と、製造のし易さの観点からエポキシ系ポリマー(A2)であり、とりわけ好ましいのは、フェノールノボラックエポキシ樹脂又はクレゾールノボラックエポキシ樹脂を変性してなる(メタ)アクリロイル基及びカルボキシル基を含有する親水性樹脂である。
【0060】
本発明のカルボキシル基を有する親水性樹脂(A)は、カルボキシル基の少なくとも一部、色純度の観点から、好ましくはカルボキシル基のうちの20モル%以上、さらに好ましくは40モル%以上が、超強塩基性化合物(E)で中和されている。
【0061】
超強塩基性化合物(E)は、プロトン付加反応における生成熱変化(Q1)が30〜148kcal/molであるものである。
【0062】
本発明におけるプロトン付加反応における生成熱変化(Q1)とは、式(1)に示す窒素含有塩基性化合物(B)のプロトン付加反応におけるBの生成熱とHBの生成熱との差を意味する。
【0063】
【化1】

【0064】
すなわち、Q1は下記式(2)で表される。
【0065】
【数1】

式中、ΔH、ΔHは、それぞれ順に、HB、Bについての真空中における生成熱を表す。
【0066】
ここで、生成熱(ΔH)の値は、J.Chem.Soc.Perkin Trans.2,p.923(1995)に記載の半経験的分子軌道法(MOPAC PM3法)を用いて計算することができる。この生成熱は、たとえば、富士通株式会社製「CAChe Worksystem6.01」を用いて、「Work Space」上で計算したい分子構造を書き、分子力場法である「MM2 geometry」で構造最適化した後、半経験的分子軌道法である「PM3 geomety」で計算することにより、真空中における生成熱(25℃)を計算できる。なお、HBの生成熱を計算する際のH+を付加させる位置は、化合物(B)に含まれる窒素原子上である。また窒素原子が複数個存在する場合、各窒素原子ごとに生成熱を計算し、Bの生成熱とHBの生成熱の差が最小になる時の値を生成熱変化(Q1)とする。
【0067】
本発明における超塩基性化合物(E)のプロトン付加反応における生成熱変化(Q1)(kcal/mol、25℃)は、好ましくは30〜148、さらに好ましくは40〜145、次に好ましくは50〜143、特に 好ましくは90〜140、最も好ましくは100〜138である。
【0068】
本発明における超塩基性化合物(E)としては、分子内に少なくとも1つのグアニジン骨格を有する化合物(E1)、分子内に少なくとも1つのアミジン骨格を有する化合物(E2)、及び分子内に少なくとも1つの−N=P−N−骨格を有する化合物(E3)などが挙げられる。
【0069】
前記化合物(E1)の具体例としては、グアニジン、メチルグアニジン、テトラメチルグアニジン、エチルグアニジン、フェニルグアニジン、単環式グアニジン[2−アミノ−イミダゾール{2−アミノ−1H−イミダゾール、2−ジメチルアミノ−1H−イミダゾール、2−アミノ−4,5−ジヒドロ−1H−イミダゾール、2−ジメチルアミノ−4,5−ジヒドロ−1H−イミダゾール等}、2−アミノ−テトラヒドロピリミジン{2−アミノ−1,4,5,6−テトラヒドロ−ピリミジン、2−ジメチルアミノ−1,4,5,6−テトラヒドロ−ピリミジン等}、2−アミノ−ジヒドロピリミジン{2−アミノ−1,6(4)−ジヒドロピリミジン、2−ジメチルアミノ−1,6(4)−ジヒドロピリミジン等}及び多環式グアニジン{1,3,4,6,7,8−ヘキサヒドロ−2H−ピリミド[1,2−a]ピリミジン(以下TBDと略記)や1,3,4,6,7,8−ヘキサヒドロ−1−メチル−2H−ピリミド[1,2−a]ピリミジン(以下MTBDと略記)}等が挙げられる。
【0070】
前記化合物(E2)の具体例としては、イミダゾール類{1H−イミダゾール、2−メチル−1H−イミダゾール、2−エチル−1H−イミダゾール、4,5−ジヒドロ−1H−イミダゾール、2−メチル−4,5−ジヒドロ−1H−イミダゾール、2−エチル−4,5−ジヒドロ−1H−イミダゾール等}、テトラヒドロピリミジン類{1,4,5,6−テトラヒドロ−ピリミジン、2−メチル−1,4,5,6−テトラヒドロ−ピリミジン等}、ジヒドロピリミジン類{1,6(4)−ジヒドロピリミジン、2−メチル−1,6(4)−ジヒドロピリミジン等}、及び下記一般式(3)で表される2環式アミジン等が挙げられる。
【0071】
【化2】

【0072】
式中、R1及びR2は、それぞれ互いに独立して水素原子、炭素数1〜24のアルキル基、炭素数2〜30のアルケニル基、炭素数2〜30のアルキニル基、炭素数6〜30のアリール基又は炭素数7〜30のアリールアルキル基を表し、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基及びアリールアルキル基中の水素原子の一部又は全部が水酸基、アミノ基、(ジ)アルキル(炭素数1〜24)アミノ基、(ジ)ヒドロキシアルキル(炭素数2〜4)アミノ基、メルカプト基又はハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)によってさらに置換されていてもよい。また2つのR1又は2つのR2は、互いに結合(炭素−炭素結合、エーテル結合等)して炭素数4〜12の環を形成してもよい。m及びnは互いに独立して1〜12の整数を表す。
【0073】
炭素数1〜24のアルキル基としては、直鎖状、分岐状及び環状のいずれでもよく、メチル基及びエチル基、直鎖若しくは分岐のプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、オクタデシル基及びエイコシル基、並びに環状のヘキシル基等が挙げられる。
【0074】
炭素数2〜24のアルケニル基としては、直鎖状及び分岐状のいずれでもよく、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基及びオクタデセニル基等が挙げられる。
【0075】
炭素数2〜30のアルキニル基としては、直鎖状及び分岐状のいずれでもよく、エチニル基、1−プロピニル基、2−プロピニル基、1−及び2−ドデシニル基、1−及び2−トリデシニル基、1−及び2−テトラデシニル基、1−及び2−ヘキサデシニル基、1−及び2−ステアリニル基、1−及び2−ノナデシニル基、1−及び2−エイコシニル基並びに1−及び2−テトラコシニル基等が挙げられる。
【0076】
炭素数6〜24のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基及びメチルナフチル基等が挙げられる。
【0077】
炭素数7〜24のアリールアルキル基としては、ベンジル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基、4−フェニルブチル基、5−フェニルペンチル基、6−フェニルヘキシル基、7−フェニルヘプチル基、8−フェニルオクチル基、10−フェニルデシル基、12−フェニルドデシル基、ナフチルメチル基及びナフチルエチル基等が挙げられる。
【0078】
2つのR1又は2つのR2が互いに結合して炭素数4〜12の環を形成する場合、2つのR1又は2つのR2は、2価の有機基(炭素数4〜12のアルキレン基等)を形成する。
炭素数4〜12のアルキレン基としては、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、デシレン基及びドデシレン基等が挙げられ、これらのアルキレン基はエーテル結合等で結合されていてもよい。
【0079】
一般式(3)で表される化合物の具体例としては、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、(以下DBUと略記。なお、DBUはサンアプロ社の登録商標である。)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5(以下DBNと略記)、1,8−ジアザビシクロ[5.3.0]デセン−7、1,4−ジアザビシクロ[3.3.0]オクテン−4、1,5−ジアザビシクロ[4.4.0]デセン−5、6−ジメチルアミノ−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、6−ジブチルアミノ−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、6−(2−ヒドロキシエチル)−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、6−(2−ヒドロキシプロピル)−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、7−(2−ヒドロキシエチル)−1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン、7−(2−ヒドロキシプロピル)−1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン、及び6−ジ(2−ヒドロキシエチル)アミノ−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン等が挙げられる。
【0080】
前記化合物(E3)としては、下記一般式(4)で表されるホスファゼン化合物等が挙げられる。
【0081】
【化3】

【0082】
式中、R2及びR3は、それぞれ互いに独立して、水素原子、炭素数1〜24のアルキル基、炭素数2〜24のアルケニル基、炭素数6〜24のアリール基及び炭素数7〜24のアリールアルキル基を表す。また、R2、R3中の水素原子は水酸基、アミノ基、メルカプト基又はハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)によってさらに置換されていてもよく、また隣接するR3は互いに結合(炭素−炭素結合、エーテル結合等)して炭素数4〜12の環を形成してもよい。kは1〜4の整数を表す。
【0083】
一般式(4)中の炭素数1〜24のアルキル基、炭素数2〜24のアルケニル基、炭素数6〜24のアリール基及び炭素数7〜24のアリールアルキル基としては、一般式(3)のR1及びR2と同様のものが挙げられる。隣接するR3が環を形成する場合、2つのR3は前記のR1及びR2と同様に2価の有機基を形成する。
【0084】
一般式(4)で示される化合物の具体例としては、メチル基をMe、エチル基をEt、フェニル基をPh、t−ブチル基をt−Bu、ジメチルアミノ基を(dma)、1−ピロジニル基を(pyrr)で表した場合以下の化合物が挙げられる。
H[N=P(dma)2]N(CH32、Me[N=P(dma)2]N(CH32、Et[N=P(dma)2]N(CH32、t−Bu[N=P(dma)2]N(CH32、Ph[N=P(dma)2]N(CH32、CH3CH=CH[N=P(dma)2]N(CH32、4−Me−C64[N=P(dma)2]N(CH32、H[N=P(pyrr)2](pyrr)、Me[N=P(pyrr)2](pyrr)、Et[N=P(pyrr)2](pyrr)、t−Bu[N=P(pyrr)2](pyrr)、Ph[N=P(pyrr)2](pyrr)及び4−Me−C64[N=P(pyrr)2](pyrr)等が挙げられる。
【0085】
本発明における親水性樹脂(A)は、未中和の状態の親水性樹脂又は超強塩基性化合物(E)以外の塩基性化合物で中和若しくは部分中和された親水性樹脂と、超強塩基性化合物(E)との中和反応又は塩交換反応により得ることができる。
例えば、温調、撹拌が可能な反応容器に中和若しくは塩交換される親水性樹脂を仕込み、撹拌しながら室温(約25℃)で(E)を投入して均一混合するか、または反応容器に、撹拌しながら両者を同時または別々に投入して均一混合することにより得ることができる。中和反応時の濃度は、目的により適宜選択することができる。
【0086】
本発明の感光性樹脂組成物(Q)に含まれる多官能(メタ)アクリレートモノマー(B)としては、公知の多官能(メタ)アクリレートモノマーであれば、とくに限定されずに用いられ、2官能(メタ)アクリレート(B1)、3官能(メタ)アクリレート(B2)及び4〜6官能(メタ)アクリレート(B3)が挙げられる。
【0087】
2官能(メタ)アクリレート(B1)としては、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、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート及びヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等が例示される。
【0088】
3官能(メタ)アクリレート(B2)としては、グリセリントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンのエチレンオキサイド付加物のトリ(メタ)アクリレート及びポリカプロラクトン変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等が例示される。
【0089】
4〜6官能(メタ)アクリレート(B3)としては、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ポリカプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート及びポリ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)アクリレート等が例示される。
【0090】
(B)のうち好ましいものは、(B2)及び(B3)、さらに好ましくはジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ポリカプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート及びこれらの併用である。市場から容易に入手できる(B)としては、例えば、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとしてはアロニックスM−403(東亞合成(株)製)、ペンタエリスリトールトリアクリレートとしてはライトアクリレートPE−3A(共栄社化学(株)製)、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物としてはネオマーDA−600(三洋化成工業(株)製)、ポリカプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとしてはDPCA−30(日本化薬(株)製)等が挙げられる。
【0091】
本発明の感光性樹脂組成物(Q)に含まれる着色粒子(C)としては、公知の染料、顔料及び磁性粉を用いることができる。例えば、特開平10−171119号公報に記載の顔料及び染料等が用いられる。
【0092】
顔料としては、例えば、以下のカラーインデックス(C.I.)ナンバーで表されているもの等が透明性が高く、しかも耐熱性、耐候性及び耐薬品性に優れているため好適に用いられる。
【0093】
赤色顔料:C.I. 9、97、122、123、149、168、177、180、192、215、216、217、220、223、224、226、227、228、240
青色顔料:C.I. 15、15:3、6、22、60、64
緑色顔料:C.I. 7、36
【0094】
また、染料としては、例えば、赤色染料、青色染料及び緑色染料が好適である。
赤色染料としては、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ダイレクトレッド20、C.I.ダイレクトレッド37、C.I.ダイレクトレッド39、C.I.ダイレクトレッド44、C.I.アシッドレッド6、C.I.アシッドレッド8、C.I.アシッドレッド9、C.I.アシッドレッド13、C.I.アシッドレッド14、C.I.アシッドレッド18、C.I.アシッドレッド26、C.I.アシッドレッド27、C.I.アシッドレッド51、C.I.アシッドレッド52、C.I.アシッドレッド87、C.I.アシッドレッド88、C.I.アシッドレッド89、C.I.アシッドレッド92、C.I.アシッドレッド94、C.I.アシッドレッド97、C.I.アシッドレッド111、C.I.アシッドレッド114、C.I.アシッドレッド115、C.I.アシッドレッド134、C.I.アシッドレッド145、C.I.アシッドレッド154、C.I.アシッドレッド180、C.I.アシッドレッド183、C.I.アシッドレッド184、C.I.アシッドレッド186、C.I.アシッドレッド198、C.I.ベイシックレッド12、C.I.ベイシックレッド13、C.I.ディスパースレッド5、C.I.ディスパースレッド7、C.I.ディスパースレッド13、C.I.ディスパースレッド17、C.I.ディスパースレッド58、C.I.ソルベントレッド1、C.I.ソルベントレッド3、C.I.ソルベントレッド8、C.I.ソルベントレッド23、C.I.ソルベントレッド24、C.I.ソルベントレッド25、C.I.ソルベントレッド27、C.I.ソルベントレッド30、C.I.ソルベントレッド49及びC.I.ソルベントレッド100等が挙げられる。
【0095】
青色染料としては、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ダイレクトブルー25、C.I.ダイレクトブルー86、C.I.ダイレクトブルー90、C.I.ダイレクトブルー108、C.I.アシッドブルー1、C.I.アシッドブルー7、C.I.アシッドブルー9、C.I.アシッドブルー15、C.I.アシッドブルー103、C.I.アシッドブルー104、C.I.アシッドブルー158、C.I.アシッドブルー161、C.I.ベイシックブルー1、C.I.ベイシックブルー3、C.I.ベイシックブルー9及びC.I.ベイシックブルー25等が挙げられる。
【0096】
緑色染料としては、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.アシッドグリーン3、C.I.アシッドグリーン9、C.I.アシッドグリーン16、C.I.ベイシックグリーン1及びC.I.ベイシックグリーン4等が挙げられる。
【0097】
上記着色粒子(C)は、公知の各種の表面処理などを施した後に用いてもよい。表面処理の例としては、界面活性剤処理、カップリング剤処理、染料及び顔料誘導体による処理等が挙げられる。また、着色粒子(C)は、微細化する必要があり、液体中でサンドミル、ボールミル及び/又は3本ロール等で微粉砕することができる(湿式又は乾式のいずれでもよい)。微粉砕して得られた着色粒子(C)の粒径は、0.01〜0.3μmの範囲の粒子が全粒子の70〜100重量%であることが好ましく、より好ましくは85〜100重量%である。
【0098】
感光性樹脂組成物(Q)中の1つの成分として用いられる光ラジカル重合開始剤(D)としては、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンゾフェノン、メチルベンゾイルフォーメート、イソプロピルチオキサントン、4,4−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、3,3−ジメチル−4−メトキシ−ベンゾフェノン、アントラキノン、2−メチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、tert−ブチルアントラキノン、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、ベンゾインプロピルエーテル、アセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、4−イソプロピル−2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノ−1−プロパノン、2−クロロチオキサントン、ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ジイソプロピルチオキサントン、ミヒラーズケトン、ベンジル−2,4,6−(トリハロメチル)トリアジン、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、9−フェニルアクリジン、1,7−ビス(9ーアクリジニル)ヘプタン、1,5−ビス(9−アクリジニル)ペンタン、1,3−ビス(9−アクリジニル)プロパン、ジメチルベンジルケタール、トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビストリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキシド、トリブロモメチルフェニルスルホン及び2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタノン−1等が挙げられる。(D)は1種で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0099】
(D)は、市販のものが容易に入手することができ、例えばビストリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキシドとしてはイルガキュア819(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製)、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタノン−1としてはイルガキュア369(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製)、トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドとしてはダロキュアTPO(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製)等が挙げられる。
【0100】
本発明の感光性樹脂組成物(Q)の固形分の重量のうちの(A)の含有量は、20〜50%が好ましく、さらに好ましくは25〜45%である。50%以下であれば、さらに感度が良好になる。なお、本発明において「固形分」とは、水及び溶媒以外の成分をいう。
【0101】
(Q)の固形分の重量のうちの(B)の含有量は、10〜60%が好ましく、さらに好ましくは15〜55%である。55%以下であれば、さらに現像性が良好になる。
【0102】
(Q)の固形分の重量のうちの(C)の含有量は、10〜50%が好ましく、さらに好ましくは15〜45%である。50%以下であれば、さらに感度が良好になる。
【0103】
(Q)の固形分の重量のうちの(D)の含有量は、通常10%以下であり、0.01〜10%が好ましく、さらに好ましくは0.5〜8%である。10%以下であれば、さらに現像性が良好になる。
【0104】
感光性樹脂組成物(Q)は、必要によりさらにその他の成分(F)を含有していてもよい。(F)としては、無機微粒子(F1)、増感剤(F2)、重合禁止剤(F3)、溶剤(F4)、並びにその他の添加剤(F5)(例えば、無機顔料、シランカップリング剤、染料、蛍光増白剤、黄変防止剤、酸化防止剤、消泡剤、消臭剤、芳香剤、殺菌剤、防菌剤及び防かび剤等)が挙げられる。
【0105】
無機微粒子(F1)としては、金属酸化物及び金属塩が使用できる。金属酸化物としては、酸化チタン、酸化ケイ素及び酸化アルミニウム等が挙げられる。金属塩としては、炭酸カルシウム及び硫酸バリウム等が挙げられる。これらのうちで、耐熱透明性及び耐薬品性の観点から、金属酸化物が好ましく、さらに好ましくは、酸化ケイ素及び酸化チタン、特に酸化ケイ素が好ましい。無機微粒子は、体積平均一次粒子径が1〜200nm、透明性の観点から、好ましくは1〜150nm、さらに好ましくは1〜120nm、特に好ましくは5〜20nmのものである。
【0106】
感光性樹脂組成物(Q)の固形分の重量のうちの(F1)の含有量は、通常0〜50%、好ましくは0〜45%、特に好ましくは0〜40%である。50%以下であれば現像性がさらに良好に発揮でき、0〜40%であれば、特に硬化物の密着性が優れる。
【0107】
増感剤(F2)としては、ニトロ化合物(例えば、アントラキノン、1,2−ナフトキノン、1,4−ナフトキノン,ベンズアントロン、p,p’−テトラメチルジアミノベンゾフェノン、クロラニル等のカルボニル化合物、ニトロベンゼン、p−ジニトロベンゼン及び2−ニトロフルオレン等)、芳香族炭化水素(例えば、アントラセン及びクリセン等)、硫黄化合物(例えば、ジフェニルジスルフィド等)及び窒素化合物(例えば、ニトロアニリン、2−クロロ−4−ニトロアニリン、5−ニトロ−2−アミノトルエン及びテトラシアノエチレン等)等が用いられる。
【0108】
光ラジカル重合開始剤(C)の重量に基づく増感剤(F2)の含有量は、通常0〜100%、好ましくは0〜80%、特に好ましくは0〜70%である。
【0109】
重合禁止剤(F3)としては、特に限定はなく、通常の反応に使用するものが用いられる。具体的には、ジフェニルヒドラジル、トリ−p−ニトルフェニルメチル、N−(3−N−オキシアニリノ−1,3−ジメチルブチリデン)アニリンオキシド、p−ベンゾキノン、p−tert−ブチルカテコール、ニトロベンゼン、ピクリン酸、ジチオベンゾイルジスルフィド及び塩化銅(II)等が挙げられる。
【0110】
感光性樹脂組成物(Q)の固形分の重量のうちの重合禁止剤(F3)の含有量は、0〜1.0%が好ましく、さらに好ましくは0〜0.5%、特に好ましくは0〜0.1%である。
【0111】
溶剤(F4)としては、前述の(A)の製造に使用される溶剤と同様のものが使用できる。溶剤を使用する場合、溶剤の配合量は、特に限定されないが、溶剤も含めた感光性樹脂組成物(Q)の重量のうちの30〜90%が好ましく、さらに好ましくは30〜80%である。なお、溶剤の配合量には前述の(A)及び(B)の製造に使用される溶剤も含まれる。
【0112】
(F)のうちの溶剤(F4)以外の成分の含有量の合計は、感光性樹脂組成物(Q)の固形分の重量のうちの、通常80%以下、好ましくは70%以下である。
【0113】
本発明の感光性樹脂組成物(Q)は、例えば、プラネタリーミキサーなどの公知の混合装置により、上記の各成分を混合等することにより得ることができる。 また、感光性樹脂組成物は、通常、室温で液状であり、その粘度は、25℃で0.1〜100mPa・s、好ましくは1〜20mPa・sである。
【0114】
本発明の感光性樹脂組成物(Q)は、現像性に優れ、かつその硬化物は色純度に優れているので、特にカラーフィルター形成用の感光性樹脂組成物として適している。
【0115】
以下において本発明のカラーフィルターについて説明する。
本発明のカラーフィルターは、上記の感光性樹脂組成物(Q)を光照射を含む工程により硬化させて形成された、液晶パネルのカラー表示のために設けられる部材である。
【0116】
本発明のカラーフィルターの好ましい形成工程は、光照射の後、アルカリ現像してパターン形成し、さらに180〜260℃で5〜90分ポストベークを行う工程である。
【0117】
カラーフィルターの形成は、通常、以下(1)〜(5)の工程で行われる。
(1)塗布工程:
垂直配向型液晶表示素子の基板の着色層上に設けられた透明共通電極上に本発明の感光性樹脂組成物を塗布する。塗布方法としては、ロールコート、スピンコート、スプレーコート及びスリットコート等が挙げられ、塗布装置としては、スピンコーター、エアーナイフコーター、ロールコーター、バーコーター、カーテンコーター、グラビアコーター及びコンマコーター等が挙げられる。膜厚は、通常0.5〜10μm、好ましくは1〜5μmである。
【0118】
(2)プリべーク工程:
塗布された感光性樹脂組成物層を、必要に応じて熱を加えて乾燥させる。乾燥温度としては、好ましくは10〜100℃、さらに好ましくは12〜90℃、特に好ましくは15〜60℃、とりわけ好ましくは20〜50℃である。乾燥時間は、好ましくは0.5〜10分、さらに好ましくは1〜8分、特に好ましくは2〜5分である。乾燥は、減圧、常圧どちらでもよいが、減圧の方が好ましい。また、空気中、不活性ガス中どちらで行ってもよいが、不活性ガス中が好ましい。
【0119】
(3)露光工程:
所定のフォトマスクを介して、光照射により感光性樹脂組成物層の露光を行う。使用されるフォトマスクの開口部の大きさは、好ましくは直径4〜15μm(面積20〜100μm2)以上、さらに好ましくは直径6〜12μmであり、4〜15μmであれば精度良くパターンを形成することができる。例えば、開口部が直径4〜15μmであれば、直径6〜18μm程度のパターンを得ることができる。光照射に用いる光としては、可視光線、紫外線及びレーザー光線等が挙げられる。光線源としては、太陽光、高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライドランプ及び半導体レーザー等が挙げられる。露光量としては、特に限定されないが、好ましくは20〜300mJ/cm2である。 露光を行う工程においては、感光性樹脂組成物中の(メタ)アクリロイル基を有する成分が反応して光硬化する。
【0120】
(4)現像工程:
続いて未露光部を現像液で除去し、現像を行う。現像液は、通常、アルカリ水溶液を用いる。アルカリ水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の水溶液;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム及び炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩の水溶液;ヒドロキシテトラメチルアンモニウム及びヒドロキシテトラエチルアンモニウム等の有機アルカリの水溶液が挙げられる。これらを単独又は2種以上組み合わせて用いることもでき、また、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤及びノニオン界面活性剤等の界面活性剤を添加して用いることもできる。現像方法としては、ディップ方式とシャワー方式があるが、シャワー方式の方が好ましい。現像液の温度は、好ましくは25〜40℃である。現像時間は、膜厚や感光性樹脂組成物の溶解性に応じて適宜決定される。
【0121】
(5)後加熱(ポストベーク)工程:
ポストベークの温度としては、好ましくは180〜260℃、さらに好ましくは190〜250℃、特に好ましくは200〜240℃である。ポストベークの時間は5〜90分、好ましくは15〜75分、特に好ましくは30〜60分である。ベークは、減圧、常圧どちらでもよいが、常圧の方が好ましい。また、空気中、不活性ガス中どちらで行ってもよいが、空気中が好ましい。ポストベークを行うことにより、パターン形状がカラーフィルターとして好ましい形状やサイズ(例えば、高さ0.5〜3.0μm、下底径20.0〜60.0μm)になりやすい。後加熱工程においては、感光性樹脂組成物中の熱硬化性官能基を有する成分が反応して熱硬化するものと推定される。熱硬化反応性基としては、例えば、(A)のうちの(メタ)アクリロイル基のうちで上記の露光工程で残存した微量の(メタ)アクリロイル基などが挙げられる。
【0122】
上記の工程により形成されたカラーフィルターの高さは、0.1〜10.0μm、好ましくは0.3〜5.0μm、特に好ましくは0.5〜3.0μmである。
【0123】
上記の工程は、形状及びサイズ(高さや上底・下底径)の制御が容易であり、パターン形状、耐熱性、耐溶剤性及び透明性等に優れたカラーフィルターを安定して生産性よく形成することができ、かつ色純度に優れたカラーフィルターをもたらすことができる。
【実施例】
【0124】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。
【0125】
[親水性樹脂(A)の製造]
<製造例1>
加熱冷却・攪拌措置、環流冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えたガラス製コルベンに、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂「EOCN―102S」(日本化薬(株)製 エポキシ当量200)200部とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート245部を仕込み、110℃まで加熱して均一に溶解させた。続いて、アクリル酸76部、トリフェニルホスフィン2部、及びp−メトキシフェノール0.2部を仕込み、110℃にて10時間反応させた。反応物にさらにテトラヒドロ無水フタル酸91部を仕込み、さらに90℃5時間反応させ、その後、DBUを10部仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで固形分含有量が25%となるように希釈し、カルボキシル基を有する親水性樹脂(A−1:Mn:2,200、SP値:11.26、HLB値:6.42、弱酸価:46mgKOH/g、(メタ)アクリロイル基濃度:3.2mmol/g)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を得た(固形分含量は25%)。
なお、MnはGPC測定機器(HLC−8120GPC、東ソー(株)製)、カラム(TSKgel GMHXL2本+TSKgel Multipore HXL−M、東ソー(株)製)を用いて、GPC法により測定されるポリスチレン換算の値として求めた。また、SP値、HLB値、弱酸価及び(メタ)アクリロイル基濃度は、前述のようにして求めた。以下の製造例及び比較例についても同様の測定法である。
【0126】
<製造例2>
加熱冷却・攪拌措置、環流冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えたガラス製コルベンに、イソボルニルメタクリレート50部(33モル%)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート30部(33モル%)、メタクリル酸20部(34モル%)、及びシクロヘキサンノン150部を仕込み、80℃まで加熱した。系内の気相部分を窒素で置換したのち、あらかじめ作成しておいたアゾビスイソブチロニトリル(V-60:和光純薬製、以下AIBNと称す)5部をシクロヘキサノン50部に溶解した溶液55部を80℃のコルベン中に10分間で滴下し、さらに同温度で3時間反応させ、その後、DBNを10部仕込み、カルボキシル基を有する親水性樹脂(A−2)(Mn:8,800、SP値:11.86、HLB値:11.98、弱酸価:51mgKOH/g、(メタ)アクリロイル基濃度:1.6mmol/g)のシクロヘキサノン溶液を得た(固形分含有量は25%)。
【0127】
<比較製造例1>
製造例1と同様のコルベンに、クレゾールノボラック樹脂(旭有機材(株)社製EP−4020G)200部とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート238部を仕込み、110℃まで加熱して均一溶解させた。続いて、ジブチル錫ジラウリレート0.1部、イソシアナトエチルメタクリレート20部を仕込み、60℃にて5時間反応させ、その後、DBUを10部仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで固形分含有量が25%となるように希釈し、親水性樹脂(A−1’)(Mn:2,100、SP値:13.46、HLB値:6.41、弱酸価:0mgKOH/g、(メタ)アクリロイル基濃度:1.3mmol/g)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を得た(固形分含量は25%)。
【0128】
<比較製造例2>
製造例1と同様のコルベンに、イソボルニルメタクリレート50部(33モル%)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート30部(33モル%)、メタクリル酸20部(34モル%)、及びシクロヘキサンノン150部を仕込み、80℃まで加熱した。系内の気相部分を窒素で置換したのち、あらかじめ作成しておいたAIBN5部をシクロヘキサノン50部に溶解した溶液55部を80℃のコルベン中に10分間で滴下し、さらに同温度で3時間反応させ、カルボキシル基を有する親水性樹脂(A−2’)(Mn:8,800、SP値:11.86、HLB値:11.98、弱酸価:102mgKOH/g、(メタ)アクリロイル基濃度:0mmol/g)のシクロヘキサノン溶液を得た(固形分含有量は25%)。
【0129】
<比較製造例3>
製造例1のDBUをトリエチルアミンに変えた以外は同様にして、親水性樹脂(A−3’:Mn:2,200、SP値:11.26、HLB値:6.42、酸価:46mgKOH/g、(メタ)アクリロイル基濃度:3.3mmol/g)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を得た(固形分含量は25%)。
【0130】
<実施例1〜5及び比較例1〜5>
[感光性樹脂組成物の製造]
表1の配合部数[それぞれの成分の見かけの重量部、なお( )内は、感光性樹脂組成物(Q)の固形分のうちの各成分の固形分の重量%(小数点以下1桁を四捨五入)を表す。]に従い、ガラス製の容器に各親水性樹脂の溶液を仕込み、さらに下記の(B−1)、(B−2)、(C−1)、(C−2)、(C−3)、(D−1)及び(D−2)を仕込み、均一になるまで攪拌し、さらに追加の溶剤(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートF−1)を添加して実施例の感光性樹脂組成物(Q1)〜(Q5)、及び比較例の感光性樹脂組成物(Y1)〜(Y5)を製造した。なお、表1中の略号のうち上記以外のものは以下の通りである。
【0131】
B−1(多官能(メタ)アクリレートモノマー):「ネオマーDA−600」(ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物:三洋化成工業(株)製)
B−2(多官能(メタ)アクリレートモノマー):「DPCA−30」(ポリカプロラクトン変性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)
C−1(赤色顔料):C.I.ピグメントレッド177
C−2(緑色顔料):C.I.ピグメントグリーン7
C−3(青色顔料):C.I.ピグメントブルー15:3
D−1(光ラジカル重合開始剤):「イルガキュア819」(ビストリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキシド:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)
D−2(光ラジカル重合開始剤):「イルガキュア369」(2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタノン−1:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)
【0132】
【表1】

【0133】
[現像性の評価]
感光性樹脂組成物(Q1)〜(Q5)、及び(Y1)〜(Y5)を、それぞれガラス基板上に仕上り膜厚が3μmになるようにスピンコートし、25℃で5分間乾燥し、その後0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて45秒間現像を行い、現像性を評価した。結果を表1に示す。評価基準は以下の通りである。
◎:目視により残留物無し。
○:目視により残留物わずかにあり。
△:目視により残留物が多い。
【0134】
[感度の評価]
感光性樹脂組成物(Q1)〜(Q5)、及び(Y1)〜(Y5)を、それぞれガラス基板上に仕上り膜厚が5μmになるようにスピンコートし、25℃で5分間乾燥した。その後コダック社製、スケールT−14を介して露光した後、1%炭酸ナトリウム水溶液を用いて45秒間現像を行い、塗膜の残留している段数で感度を示した。結果を表2に示す。この数値が大きいほど感度は高くなる。
【0135】
[色純度の評価]
感光性樹脂組成物(Q1)〜(Q5)、及び(Y1)〜(Y5)を、それぞれガラス基板上に、仕上り膜厚が3μmになるようにスピンコートし、高圧水銀灯の光を全面に100mJ/cm2照射した。尚、フォトマスクと基板との間隔(露光ギャップ)は100μmで露光した。その後、230℃で60分間ポストベークして硬化塗膜を作製した。
上記硬化塗膜のC光源での色度(Y)を顕微分光光度計(オリンパス光学社製「OPS−SP200」)を用いて測定した。結果を表2に示す。この数値が大きいほど色純度は高くなる。
【0136】
【表2】

【0137】
表1及び表2から判るように、本発明の感光性樹脂組成物を用いることにより、現像性及び感度が良好であり、かつ色純度に優れたカラーフィルターを形成することができる。比較例1では、使用された感光性樹脂組成物(Y1)中の親水性樹脂がカルボキシル基を有しておらず、また比較例2及び3では(Y2)及び(Y3)中の親水性樹脂が超強塩基性化合物で中和されていないため、色純度が不十分である。比較例4では、使用された感光性樹脂組成物(Y4)中に多官能(メタ)アクリレートモノマーを有さず、感度に劣る。比較例5では、使用された感光性樹脂組成物(Y5)中に親水性樹脂を含有していないため、現像性に劣る。上記比較例1〜5で得られたカラーフィルターを用いて液晶パネルを作成すると、コントラスト、輝度などが悪化する。
【産業上の利用可能性】
【0138】
本発明の感光性樹脂組成物は、液晶セル内のフォトスペーサに好適に使用できる。
さらに、その他にも各種のレジスト材料、例えば、フォトソルダーレジスト、感光性レジストフィルム、感光性樹脂凸版、スクリーン版、光接着剤又はハードコート剤などの用途の感光性樹脂組成物として好適である。さらに、金属(例えば、鉄、アルミニウム、チタン、銅等)、プラスチック(例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテルフタラート、ポリ(メタ)アクリレート)、紙、ガラス、ゴム及び木材等の各種材料に対するコーティング剤、塗料、印刷インキ及び接着剤としても使用でき、成型材料等としても応用できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
カルボキシル基を有する親水性樹脂(A)、多官能(メタ)アクリレートモノマー(B)、着色粒子(C)及び光ラジカル重合開始剤(D)を含有する感光性樹脂組成物であって、前記カルボキシル基の少なくとも一部が、超強塩基性化合物(E)で中和されていることを特徴とするアルカリ現像可能なカラーフィルター形成用感光性樹脂組成物(Q)。
【請求項2】
前記超強塩基性化合物(E)が、分子内に少なくとも1つのグアニジン骨格を有する化合物(E1)、分子内に少なくとも1つのアミジン骨格を有する化合物(E2)、及び分子内に少なくとも1つの−N=P−N−骨格を有する化合物(E3)からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1記載の感光性樹脂組成物(Q)。
【請求項3】
前記親水性樹脂(A)が、更に(メタ)アクリロイル基を有する請求項1又は2記載の感光性樹脂組成物(Q)。
【請求項4】
感光性樹脂組成物(Q)の固形分の重量に基づいて、前記親水性樹脂(A)を20〜50重量%、多官能(メタ)アクリレートモノマー(B)を10〜60重量%、着色粒子(C)を10〜50重量%、及び光ラジカル重合開始剤(D)を0.01〜10重量%含有する請求項1〜3いずれか記載の感光性樹脂組成物(Q)。
【請求項5】
請求項1〜4いずれか記載の感光性樹脂組成物(Q)を、光照射を含む工程により硬化させて形成されたカラーフィルター。

【公開番号】特開2010−102169(P2010−102169A)
【公開日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−274201(P2008−274201)
【出願日】平成20年10月24日(2008.10.24)
【出願人】(000002288)三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Fターム(参考)】