JP5646426B2 - 着色感光性組成物、カラーフィルタ及びその製造方法、並びに液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、高感度でコントラストが高く、金属イオンの溶出が抑えられ、基板との密着性に優れた着色パターン(例えばカラーフィルタ)が得られる着色感光性組成物、コントラストが高く、液晶表示装置に用いた場合に液晶の比抵抗が良好に維持されるカラーフィルタ及びその製造方法、並びに、コントラストが高く、電気特性が良好で画像表示したときの画質に優れた液晶表示装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
<1> (A)下記一般式(1)で表される染料と、(B)多官能チオール化合物と、(C)下記一般式(2)で表される光重合開始剤と、(D)重合性化合物と、を含有する着色感光性組成物である。
下記一般式(1)において、A及びBは、各々独立に、芳香族環又は複素環を含む有機基を表す。また、下記一般式(2)において、C,D,及びEは、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。
<3> 前記(C)光重合開始剤の少なくとも一種が、下記一般式(4)で表されるオキシム化合物である前記<1>又は前記<2>に記載の着色感光性組成物である。
<4> 前記(B)多官能チオール化合物が、下記一般式(5)で表される基を2個以上有する化合物である前記<1>〜前記<3>のいずれか1つに記載の着色感光性組成物である。
<5> 前記(B)多官能チオール化合物が、下記一般式(6)で表される化合物である前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載の着色感光性組成物である。
<6> 前記(B)多官能チオール化合物の含有量が、組成物全固形分に対して、質量基準で0.1〜20%である前記<1>〜前記<5>のいずれか1つに記載の着色感光性組成物である。
<7> 前記(A)染料の含有量が、組成物全固形分に対して、質量基準で0.1〜50%である前記<1>〜前記<6>のいずれか1つに記載の着色感光性組成物である。
<8> 更に(E)黄色着色剤を含む前記<1>〜前記<7>のいずれか1つに記載の着色感光性組成物である。
<9> 前記<1>〜前記<8>のいずれか1つに記載の着色感光性組成物を用いて形成された着色層を有するカラーフィルタである。
<10> 前記<1>〜前記<8>のいずれか1つに記載の着色感光性組成物を支持体上に付与して着色層を形成する着色層形成工程と、前記着色層に対してパターン様に露光し、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である。
<11> 前記<9>に記載のカラーフィルタ、又は前記<10>に記載のカラーフィルタの製造方法で作製されたカラーフィルタを備えた液晶表示装置である。
本発明によれば、コントラストが高く、液晶表示装置に用いた場合に液晶の比抵抗が良好に維持されるカラーフィルタ及びその製造方法が提供される。更に、
本発明によれば、コントラストが高く、電気特性が良好で画像表示したときの画質に優れた液晶表示装置が提供される。
本発明の着色感光性組成物は、(A)以下に示す一般式(1)で表される染料と、(B)多官能チオール化合物と、(C)以下に示す一般式(2)で表される光重合開始剤と、(D)重合性化合物とを少なくとも用いて構成されている。また、本発明の着色感光性組成物は、必要に応じて、更に、アルカリ可溶性樹脂等のバインダー、有機溶剤、及び各種添加剤を用いて構成することができる。
本発明においては、特定構造のスクアリリウム系染料を、重合性化合物のほか特に多官能のチオール化合物とオキシム系の光重合開始剤とともに用いて構成することで、良好な硬化感度及び画像のコントラストが得られ、形成されたパターンは基板との密着性に優れ、金属イオンの溶出も抑えられる。これにより、パターン形成したときには、色相が良好でコントラストの高い画像が得られ、液晶表示装置に用いた場合に液晶の比抵抗を良好に保ち、ひいては例えば液晶表示させた際に画像品質に優れる。
なお、以下において、本発明の着色感光性組成物を、単に「本発明の着色組成物」又は「着色組成物」ともいう。
本発明の着色感光性組成物は、一般式(1)で表される染料(以下、「スクアリリウム化合物」又は「スクアリリウム染料」ともいう。)を1種以上含む。本発明の着色感光性組成物は、染料としてスクアリリウム化合物を1種単独で含有するほか、2種以上含有してもよい。
ここで、芳香族環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環などが挙げられる。また、複素環としては、5員環又は6員環が好ましく、例えば、ピロール環、チアゾール環、インドール環、チアピラン環、キノリン環、チオフェン環、ピリジン環、ピラゾール環などが好適に挙げられる。
更に、環F、環G、及び環Hは、置換基を有していてもよく、置換基を有する場合には隣接する置換基が互いに結合して更に環構造を形成していてもよい。
中でも、Jは、水素原子が好ましい。
置換基として上記A及びBで表される有機基を持つスクアリリウム色素としては、特開2006−241459号公報、特開2007−199421号公報、特開2008−145480号公報、特開2004−238606号公報、特開2011−144280号公報、及びTop heterocycl chem. 2008.14.133-181.に記載の化合物を挙げることができる。
−他の染料−
本発明の着色感光性組成物は、前記一般式(1)で表されるスクアリリウム染料と共に、前記スクアリリウム染料以外の他の公知の染料を含んでもよい。前記スクアリリウム染料と併せて用いる染料としては、黄色染料が好ましい。
特に、黄色染料であるメチン系、ピリドンアゾ系、アセトアセトアニリドアゾ系、ピラゾロンアゾ系の色素が好ましい。
本発明の着色感光性組成物は、前記一般式(1)で表されるスクアリリウム染料と共に、顔料を併用することもできる。併用する顔料としては、黄色顔料が好ましい。
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。但し、本発明は、これらに限定されるものではない。
これら有機顔料は、一種単独で用いるほか、色純度を上げるため2種以上を組み合わせて用いることもできる。
これらの中でも、特に、黄色顔料であるC.I.Pigment Yellow 138、139、150、180、185が好ましい。
本発明の着色感光性組成物は、多官能チオール化合物の少なくとも一種を含有する。
本発明の着色感光性組成物は、前記スクアリリウム化合物及び後述の一般式(2)で表される光重合開始剤と共に、多官能チオール化合物を含むことで、感度及びコントラストに優れ、染料等の色材起因のイオン溶出等が抑制される。本発明では、液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタを作製した際には、精細な画像パターンが得られ、液晶の比抵抗が良好に保たれることでクロストークによる画質の劣化が防止され、鮮明な高画質表示が可能になる。
しかも、本発明の着色感光性組成物を用いてカラーフィルタを作製したときには、パターン形状に適当なテーパを与え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少なく、現像での着色パターン(例えば画素)の突起などが形成され難く、パターンの直線性に優れる。液晶表示装置は、本発明の着色感光性組成物を用いて形成されたカラーフィルタを備えることによって、高画質の画像表示が可能である。
多官能チオール化合物としては、分子量が100以上の低分子化合物が好ましく、具体的には、分子量は100〜1500の範囲であることが好ましく、150〜1000の範囲が更に好ましい。また、多官能チオール化合物は、チオール基を分子内に2〜10個有することが好ましく、2〜6個有することが更に好ましい。
前記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。
nは、2〜4が好ましい。
また、一般式(6)中のn価の連結基であるLとしては、例えば、−(CH2)m−で表される2価の連結基〔m=2〜6〕、3価のトリメチロールプロパン残基、イソシアヌル環に3つの−(CH2)p−が結合した3価の連結基〔p=2〜6〕、4価のペンタエリスリトール残基、6価のジペンタエリスリトール残基などが挙げられる。
本発明の着色感光性組成物は、下記一般式(2)で表される光重合開始剤の少なくとも一種を含有する。この光重合開始剤は、分子中に少なくともオキシム部位を有するオキシムエステル系の光重合開始剤であり、光でラジカル等の活性種が生成されて後述の重合化成化合物の重合反応を開始、促進させるのに寄与する化合物である。
前記X1、X2、及びX3で表されるアルキル基としては、炭素数1〜12のアルキル基が好ましく、炭素数1〜8のアルキル基がより好ましい。アルキル基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、第二ブチル、第三ブチル、アミル、イソアミル、第三アミル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、イソオクチル、2−エチルヘキシル、第三オクチル、ノニル、イソノニル、デシル、イソデシル、ビニル、アリル、ブテニル、エチニル、プロピニル、メトキシエチル、エトキシエチル、プロピロキシエチル、メトキシエトキシエチル、エトキシエトキシエチル、プロピロキシエトキシエチル、メトキシプロピル、モノフルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、トリフルオロエチル、パーフルオロエチル、2−(ベンゾオキサゾール−2’−イル)エチニル等の基が挙げられる。
中でも、X1、X2、及びX3がいずれも、水素原子を表すか、あるいは、X1がアルキル基(好ましくは炭素数1〜8のアルキル基)を表し、X2及びX3がいずれも水素原子を表す態様が好ましい。
R及びR’で表されるアリール基としては、無置換でも置換基を有していてもよく、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、炭素数6〜12のアリール基がより好ましい。アリール基の具体例としては、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の基が挙げられる。
R及びR’で表されるアラルキル基としては、無置換でも置換基を有していてもよく、炭素数7〜20のアラルキル基が好ましく、炭素数7〜12のアラルキル基がより好ましい。アラルキル基の具体例としては、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の基が挙げられる。
R及びR’で表される複素環基としては、無置換でも置換基を有していてもよく、炭素数1〜8の複素環基が好ましく、炭素数2〜6の複素環基がより好ましい。複素環基の具体例としては、ピリジル、ピリミジル、フリル、チオフェニル等の基が挙げられる。
また、R及び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。
前記R及び/又はR’を含んで構成されるR2及びR3としては、各々独立に、メチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、−S−Ph、−S−Ph−Cl、及び−S−Ph−Brが特に好ましい態様である。Phは、フェニル基を表す。
R22で表される1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。
置換基を有してもよいアリール基としては、炭素数6〜30のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ビフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等が挙げられる。
置換基を有してもよいアルキルスルホニル基としては、炭素数1〜20のアルキルスルホニル基が好ましく、例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基等が挙げられる。
置換基を有してもよいアリールスルホニル基としては、炭素数6〜30のアリールスルホニル基が好ましく、例えば、フェニルスルホニル基、1−ナフチルスルホニル基等が挙げられる。
置換基を有してもよい複素環基としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子を含む、芳香族或いは脂肪族の複素環が好ましい。例えば、チエニル基、フリル基、ピラニル基、等が挙げられる。
ゾイル基、トルイル基が好ましい。
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。
以下に示す構造であると、感度の点で好ましい。
置換基を有してもよいアリール基としては、炭素数6〜30のアリール基が好ましく、例えば、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−、及びp−トリル基、キシリル基、等がある。
置換基を有してもよいアルケニル基としては、炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、スチリル基等が挙げられる。
置換基を有してもよいアルキニル基としては、炭素数2〜10のアルキニル基が好ましく、例えば、エチニル基、プロピニル基、プロパルギル基等が挙げられる。
置換基を有してもよいアルコキシ基としては、炭素数1〜30のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、ベンジルオキシ基等が挙げられる。
置換基を有してもよいアルキルチオオキシ基としては、炭素数1〜30のチオアルコキシ基が好ましく、例えば、メチルチオオキシ基、エチルチオオキシ基、プロピルチオオキシ基、イソプロピルチオオキシ基、ブチルチオオキシ基、イソブチルチオオキシ基、sec−ブチルチオオキシ基、tert−ブチルチオオキシ基、ペンチルチオオキシ基、イソペンチルチオオキシ基、ヘキシルチオオキシ基、ヘプチルチオオキシ基、オクチルチオオキシ基、2−エチルヘキシルチオオキシ基、デシルチオオキシ基、ドデシルチオオキシ基、オクタデシルチオオキシ基、ベンジルチオオキシ基等が挙げられる。
置換基を有してもよいアリールチオオキシ基としては、炭素数6〜30のアリールチオオキシ基が好ましく、例えば、フェニルチオオキシ基、1−ナフチルチオオキシ基、2−ナフチルチオオキシ基、2−クロロフェニルチオオキシ基、2−メチルフェニルチオオキシ基、2−メトキシフェニルチオオキシ基、2−ブトキシフェニルチオオキシ基、3−クロロフェニルチオオキシ基、3−トリフルオロメチルフェニルチオオキシ基、3−シアノフェニルチオオキシ基、3−ニトロフェニルチオオキシ基、4−フルオロフェニルチオオキシ基、4−シアノフェニルチオオキシ基、4−メトキシフェニルチオオキシ基、4−ジメチルアミノフェニルチオオキシ基、4−メチルスルファニルフェニルチオオキシ基、4−フェニルスルファニルフェニルチオオキシ基等がある。
置換基を有してもよいハロゲン化アルキル基としては、モノフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ジクロロメチル基、トリクロメチル基、モノブロモメチル基、ジブロモメチル基、トリブロモメチル基等が挙げられる。
窒素原子に置換基を有してもよいアミド基としては、N,N−ジメチルアミド基、N,N−ジエチルアミド基等が挙げられる。
前記一般式(4)で表されるオキシム光重合開始剤の具体例を以下に示す。
R22がアセチル基であって、A22がエチレン基、プロピレン基であって、Arがフェニル基、4−メチルフェニル基、4−クロロフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−ブロモフェニル基であって、X22がメチル基であって、nが0〜2の整数である態様がより好ましい。
本発明の着色感光性組成物には、増感剤を加えることもできる。
前記増感剤の典型的なものとしては、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。
本発明の着色感光性組成物は、重合性化合物の少なくとも一種を含有する。
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含む重合性を有する化合物を用いることができる。重合性化合物を含有することで、パターン状に露光された際に、硬化した着色パターン(例えばカラーフィルタ)が得られる。
重合性化合物の着色感光性組成物中における含有量(2種以上を含有するときは総含有量)としては、着色感光性組成物の全固形分に対して、10〜80質量%が好ましく、15〜75質量%がより好ましく、20〜60質量%が特に好ましい。
アルカリ可溶性樹脂(以下、アルカリ可溶性バインダーともいう。)は、アルカリ可溶性を有すること以外は特に限定はなく、耐熱性、現像性、入手性等の観点から好適に選択することができる。
アルカリ可溶性樹脂としては、線状有機高分子重合体であり、かつ有機溶剤に可溶で弱アルカリ水溶液で現像できるものが好ましい。このような線状有機高分子重合体としては、側鎖にカルボン酸を有するポリマー、例えば、特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭59−53836号、特開昭59−71048号の各公報に記載の、メタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体等が挙げられ、同様に側鎖にカルボン酸を有する酸性セルロース誘導体が有用である。
本発明の着色感光性組成物には、連鎖移動剤を加えることもできる。連鎖移動剤としては、例えば、N,N−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステルなどのN,N−ジアルキルアミノ安息香酸アルキルエステル、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、N−フェニルメルカプトベンゾイミダゾール、などの複素環を有するメルカプト化合物などが挙げられる。
連鎖移動剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
連鎖移動剤の添加量は、本発明の着色感光性組成物の全固形分に対して、0.01〜15質量%の範囲であることが、感度ばらつきを低減するという観点から好ましく、0.1〜10質量%がより好ましく、0.5〜5質量%が特に好ましい。
本発明の着色感光性組成物は、重合禁止剤を含有してもよい。重合禁止剤とは、光や熱により着色感光性組成物中に発生したラジカル等の重合開始種に対して水素供与(又は、水素授与)、エネルギー供与(又は、エネルギー授与)、電子供与(又は、電子授与)などを実施し、重合開始種を失活させ、重合が意図せず開始されることを抑制する役割をはたす物質である。重合禁止剤としては、特開2007−334322号公報の段落0154〜0173に記載の重合禁止剤などを用いることができる。中でも、重合禁止剤としては、p−メトキシフェノールが好ましい。
本発明の着色感光性組成物における重合禁止剤の含有量は、重合性化合物の全質量に対して、0.0001〜5質量%が好ましく、0.001〜5質量%がより好ましく、0.001〜1質量%が特に好ましい。
本発明の着色感光性組成物は、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着色感光性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。
本発明の着色感光性組成物は、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、又は、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。
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及び構成単位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以上10,000以下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。
前記共重合体の重量平均分子量(Mw)は、1,500以上5,000以下がより好ましい。
本発明の着色感光性組成物における界面活性剤の添加量は、着色感光性組成物の全固形分に対して、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、塗布性及び硬化膜の均一性が良好となる。
本発明の着色感光性組成物は、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、アルミニウム等と着色感光性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種単独又は2種以上を併用できる。
本発明の着色感光性組成物における密着改良剤の含有量は、着色感光性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。
本発明の着色感光性組成物に補足的に架橋剤を用い、着色感光性組成物を硬化させてなる着色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、及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又はウレア化合物、(c)メチロール基、アルコキシメチル基、及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、ナフトール化合物又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〔0134〕〜〔0147〕の記載を参照することができる。
着色感光性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、着色感光性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。
本発明の着色感光性組成物には、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〔0155〕〜〔0156〕に記載のものを挙げることができる。本発明の着色感光性組成物においては、特開2004−295116号公報の段落〔0078〕に記載の光安定剤、同公報の段落〔0081〕に記載の熱重合防止剤を含有することができる。
本発明の着色感光性組成物は、既述の各成分と必要に応じてそれ以外の成分とを混合することで調製される。
なお、着色感光性組成物の調製に際しては、着色感光性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については、特に制限はない。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着色感光性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着色感光性組成物は、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、既述の本発明の着色感光性組成物を用いて形成された着色層を設けて構成されたものであり、好ましくは更に支持体を有し、前記着色層が支持体上に設けられた態様が好ましい。支持体上の着色層は、カラーフィルタの各画素をなす例えば赤(R)、緑(G)、青(B)等の着色パターンで構成されている。
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、既述の本発明の着色感光性組成物を回転塗布、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付与して着色層を形成し、その後、該着色層を加熱(プリベーク)又は真空乾燥などで乾燥させる。
また、着色感光性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の範囲が更に好ましい。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、更に好ましくは30秒〜120秒である。現像温度は、20℃〜40℃が好ましく、更に好ましくは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、着色パターンを更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、更に好ましくは、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。
能である。
−着色感光性組成物の調製−
下記の各成分を混合、溶解し、着色感光性組成物を調製した。
・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1 ・・・5.8g
(シクロヘキシルメタクリレート/メタクリル酸/グリシジルメタクリレート共重合体のメタクリル酸付加物(=30/30/40[モル比]、45質量%プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液)
・アルカリ可溶性バインダー2 ・・・1.1g
(アリルメタクリレート/メタクリル酸共重合体(=70/30[モル比]、重量平均分子量26800)
・重合性化合物1(日本化薬(株)製、KAYARAD DPHA)・・・2.8g
・重合性化合物2 ・・・2.8g
(東亜合成(株)製、アロニックス TO−2349)
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール) ・・・0.003g
・光重合開始剤1(オキシム化合物1) ・・・0.39g
(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]プロパノン;前記一般式(3)で表されるオキシム系光重合開始剤)
・下記の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(DIC社製、メガファックF−554) ・・・0.01g
・下記の黄色顔料分散液 ・・・27.0g
(Pigment Yellow 150分散液(固形分濃度:24.3質量%、顔料濃度:15.1質量%))
・染料(A−6) ・・・1.5g
(前記一般式(1)で表されるスクアリリウム化合物の例示化合物)
なお、前記黄色顔料分散液は、以下のようにして調製した。
C.I.ピグメント・イエロー150を15.1部と、分散剤(日本ルーブリゾール社製、ソルスパース5500)9.2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75.7部と混合し、ビーズミルを用いて顔料を充分に分散させることにより、黄色顔料分散液を調製した。
・多官能チオール化合物1:1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン
・多官能チオール化合物2:1,4,−ビス(3−メルカプトブチルオキシ)ブタン
・多官能チオール化合物3:1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン)
・多官能チオール化合物4:トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート
・多官能チオール化合物5:ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート
・多官能チオール化合物6:ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトプロピオネート
ガラス基板(#1737;コーニング社製)上に、上記で調製した着色感光性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に対して、炭酸ナトリウム及び炭酸水素ナトリウムを用いて調製した水溶液(現像液の濃度:2.4質量%)を用いて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、パターン画像を得た。得られたパターン画像を230℃で20分間、ポストベーク処理を行ない、膜厚2μmの着色パターンBを得た。
上記で得られた着色層A及び着色パターンBについて、感度、液晶の比抵抗、分光特性、コントラスト、及び密着性を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の波長の光を、線幅20μmのマスクを通して照射光量40mJ/cm2にて照射した。照射後、現像液(炭酸ナトリウム及び炭酸水素ナトリウムを用いて調製した水溶液(現像液の濃度:2.4質量%))を使用し、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、細線パターンを得た。得られた細線パターンを光学顕微鏡により200倍の倍率で撮影した。このとき、得られた細線パターンから線幅を測定した。
ここで、感度が高いほど線幅は太くなるため、マスク幅からの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。
上記で得た着色パターンBを基板から掻き取り、掻き取ったもの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。金属イオンの溶出があるときには、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することができる。
<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はみられなかった。
×: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に焼付き故障が生じた。
上記で得た着色パターンBを目視により観察し、下記の評価基準にしたがって色の鮮やかさを評価した。
<評価基準>
○:非常に鮮やかな色相であった。
△:鮮やかな色相であった。
×:彩度に劣る色相であった。
着色パターンBが形成された各基板をそれぞれ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を平行にした場合と垂直にした場合とにおける輝度の値を、色彩輝度計(トプコン(株)製、型番:BM−5A)により測定した。測定値を用い、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た。この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であることを示す。
上記で得た着色層Aに対して、i線縮小投影露光装置を使用して365nmの波長の光を、5μm、10μm、15μm、20μm、及び25μmのマスク幅を有するマスクを通して露光量40mJ/cm2にて照射した。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、細線パターンを得た。細線パターンの形成は、光学顕微鏡及びSEM写真観察により通常の方法で観察した。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、密着性を評価する指標とした。より細い細線が残っているものが、密着性により優れることを示す。
実施例1において、染料A−6及び多官能チオール化合物1を、下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、着色感光性組成物を調製し、着色層及び着色パターンを形成すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表2に示す。
実施例1において、光重合開始剤を下記構造のオキシム系光重合開始剤(オキシム化合物2)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、着色感光性組成物を調製し、着色層及び着色パターンを形成すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表2に示す。
実施例1において、光重合開始剤を下記構造のオキシム系光重合開始剤(オキシム化合物3)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、着色感光性組成物を調製し、着色層及び着色パターンを形成すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表2に示す。
実施例1において、染料A−6を染料A−12に代え、光重合開始剤を下記構造のオキシム系光重合開始剤(オキシム化合物4)に代えたこと以外は、実施例1と同様にして、着色感光性組成物を調製し、着色層及び着色パターンを形成すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表2に示す。
実施例1において、多官能チオール化合物1を、メルカプトベンズイミダゾール(単官能チオール化合物1)に代えたこと以外は、実施例1と同様にして、着色感光性組成物を調製し、着色層及び着色パターンを形成すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表2に示す。
実施例1において、光重合開始剤を、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン(光重合開始剤A)に代えたこと以外は、実施例1と同様にして、着色感光性組成物を調製し、着色層及び着色パターンを形成すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表2に示す。
実施例1において、染料A−6をメチレン・ブルー(3,7−ビス(ジメチルアミノ)フェノチアジニウムクロリド)に代えたこと以外は、実施例1と同様にして、着色感光性組成物を調製し、着色層及び着色パターンを形成すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表2に示す。
これに対し、比較例では、感度が悪く、形成されたカラーフィルタは分光特性に劣っていた。また、金属イオンの溶出が抑えられず、結果として液晶の比抵抗が著しく低下してしまった。
Claims (11)
- (A)下記一般式(1)で表される染料と、(B)多官能チオール化合物と、(C)下記一般式(2)で表される光重合開始剤と、(D)重合性化合物と、を含有する着色感光性組成物。
〔一般式(1)中、A及びBは、各々独立に、芳香族環又は複素環を含む有機基を表す。〕
〔一般式(2)中、C,D,及びEは、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。〕 - 前記(C)光重合開始剤の少なくとも一種が、下記一般式(3)で表されるオキシム化合物である請求項1に記載の着色感光性組成物。
〔一般式(3)中、X1、X2、及びX3は各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表し、R1は−R、−OR、−COR、−SR、−CONRR’、又は−CNを表し、R2及びR3は各々独立に、−R、−OR、−COR、−SR、又は−NRR’を表す。R及びR’は、各々独立に、アルキル基、アリール基、アラルキル基、又は複素環基を表す。〕 - 前記(C)光重合開始剤の少なくとも一種が、下記一般式(4)で表されるオキシム化合物である請求項1又は請求項2に記載の着色感光性組成物。
〔一般式(4)中、R22は、1価の置換基を表す。A22は、2価の連結基を表し、Arは、アリール基を表す。nは、0〜5の整数である。X22は、1価の置換基を表す。nが2〜5の整数である場合、複数存在するX22は同一であっても異なってもよい。〕 - 前記(B)多官能チオール化合物が、下記一般式(5)で表される基を2個以上有する化合物である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の着色感光性組成物。
〔一般式(5)中、Rは、水素原子又はアルキル基を表し、Aは、−CO−又は−CH2−を表す。〕 - 前記(B)多官能チオール化合物が、下記一般式(6)で表される化合物である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の着色感光性組成物。
〔一般式(6)中、Rは、水素原子又はアルキル基を表し、Aは、−CO−又は−CH2−を表す。Lは、n価の連結基を表し、nは2〜6の整数を表す。〕 - 前記(B)多官能チオール化合物の含有量が、組成物全固形分に対して、質量基準で0.1〜20%である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の着色感光性組成物。
- 前記(A)染料の含有量が、組成物全固形分に対して、質量基準で0.1〜50%である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の着色感光性組成物。
- 更に(E)黄色着色剤を含む請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の着色感光性組成物。
- 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の着色感光性組成物を用いて形成された着色層を有するカラーフィルタ。
- 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の着色感光性組成物を支持体上に付与して着色層を形成する着色層形成工程と、
前記着色層に対してパターン様に露光し、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9に記載のカラーフィルタ、又は請求項10に記載のカラーフィルタの製造方法で作製されたカラーフィルタを備えた液晶表示装置。
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