JP7063614B2 - 黒色感光性樹脂組成物、これから製造された画像表示装置用ブラックマトリックス、カラムスペーサーおよびブラックマトリックス一体型カラムスペーサ - Google Patents

黒色感光性樹脂組成物、これから製造された画像表示装置用ブラックマトリックス、カラムスペーサーおよびブラックマトリックス一体型カラムスペーサ Download PDF

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Description

本発明は黒色感光性樹脂組成物、これから製造された画像表示装置用ブラックマトリックス、カラムスペーサーおよびブラックマトリックス一体型カラムスペーサーに関するものである。
黒色感光性樹脂組成物は、カラーフィルター、液晶表示材料、有機発光素子、ディスプレイなどの必須材料である。一例として、カラー液晶ディスプレイのカラーフィルターには、レッド(red)、グリーン(green)、ブルー(blue)などの着色層間の境界部分に遮光層を形成することによって、表示コントラストや発色効果を高めることができる。
最近では、ディスプレイの内部に使われる一つの素材が多様な役割を同時に遂行するようにする技術が開発されており、これによって黒色感光性樹脂組成物がアレイ基板上にブラックマトリックスおよびセルギャップ維持用スペーサーを形成する役割も要求されており、黒色感光性樹脂組成物の需要が一層増加している。
大韓民国公開特許第2007-0094460号は黒色感光性組成物に関するもので、光重合性化合物と光重合開始剤と黒色顔料を含有する黒色感光性組成物であって、形状安定剤として有機顔料を含有する黒色感光性組成物に関する内容を開示している。
また、大韓民国公開特許第2012-0033893号は感光性樹脂組成物に関するもので、(A)バインダー樹脂;(B)多官能性モノマー;(C)光重合開始剤または光増減剤;(D)ブラック顔料;および(E)溶媒を含み、前記ブラック顔料はアニリンブラック、ペリレンブラック、金属酸化物のうち選択される1種以上の感光性樹脂組成物に関する内容を開示している。
しかし、前記文献の黒色感光性樹脂組成物は、黒色発現による露光透過度の限界と、これによる現像工程への不利などによって、工程上のマージンが低い問題点がある。
したがって、工程上のマージンを改善することによって製造収率が向上した黒色感光性樹脂組成物の開発が要求されているのが実情である。
大韓民国公開特許第2007-0094460号(2007.02.06.) 大韓民国公開特許第2012-0033893号(2012.04.09.)
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであり、工程上のマージンを高め得る黒色感光性樹脂組成物を提供することにその目的がある。
また、本発明は前述した黒色感光性樹脂組成物を利用して製造されたブラックマトリックス、カラムスペーサーまたはブラックマトリックス一体型カラムスペーサーを提供することにその目的がある。
前記目的を達成するための本発明に係る黒色感光性樹脂組成物は、5~12の官能基を含み、酸価が10~60mgKOH/gであるモノマー;を含むことを特徴とする。
また、本発明は前述した黒色感光性樹脂組成物の硬化物を含むブラックマトリックス、カラムスペーサーまたはブラックマトリックス一体型カラムスペーサーを提供する。
本発明に係る黒色感光性樹脂組成物は、特定モノマーを含むことによって現像性、信頼性、または工程性に優れ、工程マージンを向上させ得る利点がある。
また、本発明に係る黒色感光性樹脂組成物を利用して製造されたブラックマトリックス、カラムスペーサーまたはブラックマトリックス一体型カラムスペーサーは、信頼性に優れ、製造が容易な利点がある。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明において、ある部材が他の部材「上に」位置しているとする時、これはある部材が他の部材に接している場合だけでなく、二つの部材の間にさらに別の部材が存在する場合も含む。
本発明において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
<黒色感光性樹脂組成物>
本発明に係る黒色感光性樹脂組成物は5~12の官能基を含み、酸価が10~60mgKOH/gであるモノマー;を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る黒色感光性樹脂組成物は、黒色顔料を含む着色剤;結合剤樹脂;光重合開始剤;溶剤および添加剤からなる群から選択される1以上をさらに含むことができる。
本発明の一態様は、5~12の官能基を含み、酸価が10~60mgKOH/gであるモノマー;を含む黒色感光性樹脂組成物に関するものである。
本発明において、前記「モノマー」は「単量体」と混用され得、「オリゴマー」および「ポリマー」と区別され得る。
本発明に係るモノマーは5~12の官能基を含み、好ましくは5~9の官能基を含み、さらに好ましくは6~8の官能基を含むことができ、前記官能基は不飽和基を含むかまたは感光性を有しているものを使うことができる。
本発明に係るモノマーが前記範囲内の官能基を含む場合、より優れた感度を有することができるので、ブラックマトリックス、カラムスペーサーまたはブラックマトリックス一体型カラムスペーサーの製造がより容易となり得る。
本発明の一実施形態において、前記モノマーは水酸基をさらに含むことができる。理論によって拘束されることを望んではいないが、一般のカラーフィルターを製造するための着色感光性樹脂組成物の場合においてモノマーが水酸基を含む場合、現像性には有利であるものの、信頼性および工程マージンに悪影響を及ぼしかねない。しかし、本発明に係る黒色感光性組成物に含まれるモノマー内に水酸基が含まれる場合、現像性、信頼性および工程性に優れたものとなる特徴がある。具体的には、前記モノマー内に水酸基が含まれる場合、後述する光開始剤および結合剤樹脂との架橋反応により架橋度が高くなることによって信頼性に優れたものとなり得る利点がある。
本発明に係るモノマーは酸価が10~60mgKOH/g、好ましくは10~50mgKOH/g、さらに好ましくは20~40mgKOH/gであり得る。前記モノマーの酸価が前記範囲内である場合、工程マージンを高めることができる利点がある。前記モノマーの酸価が前記範囲未満の場合、現像性が多少低下する可能性がある問題点があり、前記範囲を超過する場合、モノマー内の酸価が過度に高くなることによって工程上のマージンが減少する恐れがある問題点があるため、前記範囲内で含まれることが好ましい。
本発明で酸価とは、アクリル系重合体1gの中和に必要な水酸化カリウムの量(mg)で測定される値であり、通常は水酸化カリウム水溶液を使って滴定することによって求めることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記官能基はエチレン性不飽和二重結合を含むことができる。前記官能基が前記エチレン性不飽和二重結合を含む場合、後述する光重合アルカリ性樹脂と反応して架橋度が高くなり、工程上扱い易い利点がある。
本発明のさらに他の実施形態において、前記モノマーは前記黒色感光性樹脂組成物全体100重量部に対して1.7~4.2重量部、好ましくは1.8~4.0重量部、さらに好ましくは2.0~3.8重量部で含まれ得る。
前記モノマーが前記範囲内で含まれる場合、現像性、信頼性または工程性に優れたものとなるので、工程マージンに優れた黒色感光性樹脂組成物の提供が可能な利点がある。前記モノマーが前記範囲未満で含まれる場合、現像性が多少低下する可能性があるためパターンの形成が困難であり得、前記範囲を超過する場合、現像性および工程性のマージン値が多少低下する可能性があるため、前記範囲を満足するように含まれることが好ましい。
前記モノマーは直接合成して使ってもよく、市販されているものを購入して使ってもよい。市販されている前記モノマーは例えば、大阪有機化学のViscoat#802-A、Viscoat#802-B、Viscoat#802-C、Viscoat#802-Dなどが挙げられるがこれに限定されず、本発明に係るモノマーを満足するものを使うことができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記黒色感光性樹脂組成物は黒色着色剤;結合剤樹脂;光重合開始剤;溶剤および添加剤からなる群から選択される1以上をさらに含むことができる。
本発明に係る黒色感光性樹脂組成物は黒色着色剤を含む。
本発明のさらに他の実施形態は、前記着色剤はレッド、ブルーおよびブラック顔料からなる群から選択される一つ以上を含む黒色感光性樹脂組成物に関するものである。
前記ブラック(黒色)顔料は例えば、アニリンブラック、ペリレンブラック、チタンブラック、カーボンブラックであり得、遮光性があるものであれば特に制限なく使うことができる。
使用可能なカーボンブラックとしては、御国色素社のCHBK-17;東海カーボン(株)のシースト5HIISAF-HS、シーストKH、シースト3HHAF-HS、シーストNH、シースト3M、シースト300HAF-LS、シースト116HMMAF-HS、シースト116MAF、シーストFMFEF-HS、シーストSOFEF、シーストVGPF、シーストSVHSRF-HS、およびシーストSSRF;三菱化学(株)のダイアグラムブラック、ダイアグラムブラックN339、ダイアグラムブラックSH、ダイアグラムブラックH、ダイアグラムLH、ダイアグラムHA、ダイアグラムSF、ダイアグラムN550M、ダイアグラムM、ダイアグラムE、ダイアグラムG、ダイアグラムR、ダイアグラムN760M、ダイアグラムLR、#2700、#2600、#2400、#2350、#2300、#2200、#1000、#980、#900、MCF88、#52、#50、#47、#45、#45L、#25、#CF9、#95、#3030、#3050、MA7、MA77、MA8、MA11、OIL7B、OIL9B、OIL11B、OIL30B、およびOIL31B;デグサ(株)のPRINTEX-U、PRINTEX-V、PRINTEX-140U、PRINTEX-140V、PRINTEX-95、PRINTEX-85、PRINTEX-75、PRINTEX-55、PRINTEX-45、PRINTEX-300、PRINTEX-35、PRINTEX-25、PRINTEX-200、PRINTEX-40、PRINTEX-30、PRINTEX-3、PRINTEX-A、SPECIAL BLACK-550、SPECIAL BLACK-350、SPECIAL BLACK-250、SPECIAL BLACK-100、およびLAMP BLACK-101;コロンビア カーボン(株)のRAVEN-1100ULTRA、RAVEN-1080ULTRA、RAVEN-1060ULTRA、RAVEN-1040、RAVEN-1035、RAVEN-1020、RAVEN-1000、RAVEN-890H、RAVEN-890、RAVEN-880ULTRA、RAVEN-860ULTRA、RAVEN-850、RAVEN-820、RAVEN-790ULTRA、RAVEN-780ULTRA、RAVEN-760ULTRA、RAVEN-520、RAVEN-500、RAVEN-460、RAVEN-450、RAVEN-430ULTRA、RAVEN-420、RAVEN-410、RAVEN-2500ULTRA、RAVEN-2000、RAVEN-1500、RAVEN-1255、RAVEN-1250、RAVEN-1200、RAVEN-1190ULTRA、およびRAVEN-1170等が挙げられる。
前記カーボンブラックは遮光性がある顔料であれば特に限定されず、公知のカーボンブラックを使うことができる。前記黒色顔料であるカーボンブラックとしては、具体的には、チャネルブラック(channel black)、ファーネスブラック(furnace black)、サーマルブラック(thermal black)、ランプブラック(lamp black)などが挙げられる。
また、前記黒色顔料であるカーボンブラックは、樹脂が被覆されたカーボンブラックを利用することもできる。前記樹脂が被覆されたカーボンブラックは樹脂が被覆されていないカーボンブラックに比べて導電性が低いので、ブラックマトリックスまたはブラックカラムスペーサーの形成時に優れた電気絶縁性を付与することができる。
前記着色剤は有機顔料および染料からなる群から選択される1以上をさらに含むことができる。具体的には、前記着色剤は可視光線に遮光性がある有機顔料および染料を単独または二種以上含むことができる。
前記有機顔料は、例えば、カラーインデックス(C.I.;The Society of Dyers and Colourists社発行)でピグメントに分類されている化合物、具体的には下記のようなカラーインデックス(C.I.)名が付与されているものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
具体的には、前記有機顔料は、C.I.顔料黄色1号、C.I.顔料黄色12号、C.I.顔料黄色13号、C.I.顔料黄色14号、C.I.顔料黄色15号、C.I.顔料黄色16号、C.I.顔料黄色17号、C.I.顔料黄色20号、C.I.顔料黄色24号、C.I.顔料黄色31号、C.I.顔料黄色53号、C.I.顔料黄色55号、C.I.顔料黄色83号、C.I.顔料黄色86号、C.I.顔料黄色93号、C.I.顔料黄色94号、C.I.顔料黄色109号、C.I.顔料黄色110号、C.I.顔料黄色117号、C.I.顔料黄色125号、C.I.顔料黄色128号、C.I.顔料黄色137号、C.I.顔料黄色138号、C.I.顔料黄色139号、C.I.顔料黄色147号、C.I.顔料黄色148号、C.I.顔料黄色150号、C.I.顔料黄色153号、C.I.顔料黄色154号、C.I.顔料黄色155号、C.I.顔料黄色166号、C.I.顔料黄色168号、C.I.顔料黄色173号、C.I.顔料黄色180号、C.I.顔料黄色211号;
C.I.顔料オレンジ色5号、C.I.顔料オレンジ色13号、C.I.顔料オレンジ色14号、C.I.顔料オレンジ色24号、C.I.顔料オレンジ色31号、C.I.顔料オレンジ色34号、C.I.顔料オレンジ色36号、C.I.顔料オレンジ色38号、C.I.顔料オレンジ色40号、C.I.顔料オレンジ色42号、C.I.顔料オレンジ色43号、C.I.顔料オレンジ色46号、C.I.顔料オレンジ色49号、C.I.顔料オレンジ色51号、C.I.顔料オレンジ色55号、C.I.顔料オレンジ色59号、C.I.顔料オレンジ色61号、C.I.顔料オレンジ色64号、C.I.顔料オレンジ色65号、C.I.顔料オレンジ色68号、C.I.顔料オレンジ色70号、C.I.顔料オレンジ色71号、C.I.顔料オレンジ色72号、C.I.顔料オレンジ色73号、C.I.顔料オレンジ色74号;
C.I.顔料赤色1号、C.I.顔料赤色2号、C.I.顔料赤色5号、C.I.顔料赤色9号、C.I.顔料赤色17号、C.I.顔料赤色31号、C.I.顔料赤色32号、C.I.顔料赤色41号、C.I.顔料赤色97号、C.I.顔料赤色105号、C.I.顔料赤色122号、C.I.顔料赤色123号、C.I.顔料赤色144号、C.I.顔料赤色149号、C.I.顔料赤色166号、C.I.顔料赤色168号、C.I.顔料赤色170号、C.I.顔料赤色171号、C.I.顔料赤色175号、C.I.顔料赤色176号、C.I.顔料赤色177号、C.I.顔料赤色178号、C.I.顔料赤色179号、C.I.顔料赤色180号、C.I.顔料赤色185号、C.I.顔料赤色192号、C.I.顔料赤色194号、C.I.顔料赤色202号、C.I.顔料赤色206号、C.I.顔料赤色207号、C.I.顔料赤色208号、C.I.顔料赤色209号、C.I.顔料赤色214号、C.I.顔料赤色215号、C.I.顔料赤色216号、C.I.顔料赤色220号、C.I.顔料赤色221号、C.I.顔料赤色224号、C.I.顔料赤色242号、C.I.顔料赤色243号、C.I.顔料赤色254号、C.I.顔料赤色255号、C.I.顔料赤色262号、C.I.顔料赤色264号、C.I.顔料赤色265号、C.I.顔料赤色272号;
C.I.顔料青色15号、C.I.顔料青色15:3号、C.I.顔料青色15:4号、C.I.顔料青色15:6号、C.I.顔料青色16号、C.I.顔料青色60号、C.I.顔料青色80号;
C.I.顔料紫色1号、C.I.顔料紫色19号、C.I.顔料紫色23号、C.I顔料紫色29号、C.I顔料紫色32号、C.I顔料紫色36号、C.I顔料紫色38号;
C.I.顔料緑色7号、C.I.顔料緑色36号、C.I.顔料緑色58号、C.I.顔料緑色59号、C.I.顔料緑色62号、C.I.顔料緑色63号;
C.I.顔料茶色23号、C.I.顔料茶色25号;
C.I.顔料黒色1号、C.I.顔料黒色7号などを使うことができ、場合によってロジン処理、酸性基または塩基性基が導入されている顔料誘導体を利用した表面処理、重合体化合物などを利用した表面グラフト処理、硫酸を利用した微細粒子化処理、または有機溶媒または水を利用した洗浄処理などが遂行されたものであってもよい。
これに加えて、印刷インク、インクジェットなどに使われる顔料および水溶性アゾ系、不溶性アゾ系、フタロシアニン系、キナクリドン系、イソインドリノン系、イソインドリン、ペリレン、ペリノン、ジオキシジン、アントラキノン、ジアントラキノニル、アントラピリミジン、アンサントロン、インダントロン、フラバントロン、ピラントロン系の顔料などを使うこともできるが、これに限定されない。
前記染料は例えば、C.I.ソルベント黄色2号、C.I.ソルベント黄色14号、C.I.ソルベント黄色16号、C.I.ソルベント黄色33号、C.I.ソルベント黄色34号、C.I.ソルベント黄色44号、C.I.ソルベント黄色56号、C.I.ソルベント黄色82号、C.I.ソルベント黄色93号、C.I.ソルベント黄色94号、C.I.ソルベント黄色98号、C.I.ソルベント黄色116号、C.I.ソルベント黄色135号;C.I.ソルベントオレンジ色1号、C.I.ソルベントオレンジ色3号、C.I.ソルベントオレンジ色7号、C.I.ソルベントオレンジ色63号;C.I.ソルベント赤色1号、C.I.ソルベント赤色2号、C.I.ソルベント赤色3号、C.I.ソルベント赤色8号、C.I.ソルベント赤色18号、C.I.ソルベント赤色23号、C.I.ソルベント赤色24号、C.I.ソルベント赤色27号、C.I.ソルベント赤色35号、C.I.ソルベント赤色43号、C.I.ソルベント赤色45号、C.I.ソルベント赤色48号、C.I.ソルベント赤色49号、C.I.ソルベント赤色91:1号、C.I.ソルベント赤色119号、C.I.ソルベント赤色135号、C.I.ソルベント赤色140号、C.I.ソルベント赤色196号、C.I.ソルベント赤色197号;C.I.ソルベント紫色8号、C.I.ソルベント紫色9号、C.I.ソルベント紫色13号、C.I.ソルベント紫色26号、C.I.ソルベント紫色28号、C.I.ソルベント紫色31号、C.I.ソルベント紫色59号;C.I.ソルベント青色4号、C.I.ソルベント青色5号、C.I.ソルベント青色25号、C.I.ソルベント青色35号、C.I.ソルベント青色36号、C.I.ソルベント青色38号、C.I.ソルベント青色70号;C.I.ソルベント緑色3号、C.I.ソルベント緑色5号、C.I.ソルベント緑色7号などが挙げられる。
本発明のさらに他の実施形態において、本発明に係る黒色感光性樹脂組成物は黒色の具現を容易にするために、前述した着色剤のうちレッド、ブルーおよびブラックからなる群から選択される1以上の着色剤を含む。
本発明のさらに他の実施形態において、前記着色剤は青色顔料を含むことができる。具体的には、本発明において、前記有機顔料は青色顔料であり得る。
前記着色剤が青色顔料をさらに含む場合、近赤外線領域の透過率が優秀となるにつれて露光工程上の効果が優秀となり得、有機溶剤に対する耐化学性の向上によって信頼性が優秀となり得る利点がある。
本発明に係る着色剤は例えば、前記黒色感光性樹脂組成物固形分全体100重量部に対して25~55重量部、好ましくは27~40重量部、さらに好ましくは28~33重量部で含むことができるが、これに限定されない。前記着色剤の含量が前記範囲未満の場合、光学密度(Optical Density、O.D.)が多少低くなり得、前記範囲を超過する場合、比誘電率が多少高くなって表示装置の駆動に問題が多少発生する恐れがあるので、前記範囲内で含まれることが好ましい。
前記黒色顔料は、例えば、前記着色剤全体100重量部に対して1~17重量部、さらに好ましくは2~17重量部で含まれ得るが、これに限定されない。前記黒色顔料が前記範囲を満足する場合、光学密度が優秀となり得る利点がある。前記黒色顔料が前記範囲未満で含まれる場合、光学密度が多少低下する可能性がある問題点があり得、前記黒色顔料が前記範囲を超過する場合、近赤外線領域での透過率が多少低下する可能性がある問題点があり得るので、前記黒色顔料が前記範囲内で含まれることが好ましい。
本発明に係る黒色感光性樹脂組成物は結合剤樹脂を含む。前記結合剤樹脂は、通常黒色感光性樹脂組成物を利用して形成された黒色感光性樹脂層の非露光部をアルカリ可溶性にし、顔料に対して分散媒質として作用する。前記結合剤樹脂は本発明で特に限定されず、当該適用技術分野で使われる多様な重合体の中から選択することができる。
前記結合剤樹脂の重量平均分子量は、3000~30000であることが好ましく、5000~20000であることがより好ましく、前記結合剤樹脂の酸価は固形分基準で50~200mgKOH/gの範囲を有することが好ましい。
前記酸価が前記範囲を満足する場合、アルカリ現像に対する現像性が優秀であり、残渣の発生が抑制され、パターンの密着性が向上され得るため好ましい。
前記結合剤樹脂は前記黒色感光性樹脂組成物固形分全体100重量部に対して5~85重量部、好ましくは10~80重量部、さらに好ましくは15~75重量部で含まれ得る。前記結合剤樹脂が前記範囲内で含まれる場合、現像液に対する溶解性が充分であるため非画素部分が基板上に残渣の発生が難しく、現像時に露光部の画素部分の膜減少が発生し難いため非画素部分の脱落性が良好である傾向がある。
本発明に含まれる光重合開始剤は、感光性樹脂組成物に一般に使われるものを適用することができ、例えば、アセトフェノン系、ベンゾフェノン系、トリアジン系、チオキサントン系、オキシム系、ベンゾイン系、非イミダゾール系化合物などを使うことができる。
アセトフェノン系化合物は、ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、2-ヒドロキシ-1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-メチルプロパン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)ブタン-1-オン、2-ヒドロキシ-2-メチル[4-(1-メチルビニル)フェニル]プロパン-1-オンのオリゴマーなどが可能であり、これらのうち2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)ブタン-1-オンが好ましく使用可能である。
ベンゾフェノン系化合物としては、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどが可能である。
トリアジン系化合物としては、2,4,6-トリクロロ-s-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(3’,4”-ジメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4’-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-トリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-ビフェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、ビス(トリクロロメチル)-6-スチリル-s-トリアジン、2-(ナフト1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-メトキシナフト1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4-トリクロロメチル(ピペロニル)-6-トリアジン、2,4-トリクロロメチル(4’-メトキシスチリル)-6-トリアジンなどが可能である。
チオキサントン系化合物としては、2-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン、1-クロロ-4-プロポキシチオキサントンなどが可能である。
オキシム系化合物としては、o-エトキシカルボニル-α-オキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オンなどが挙げられ、市販品としてCiba社のOXE-01、OXE-02が代表的である。
ベンゾイン系化合物としては、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタールなどが使用可能である。
ビイミダゾール系化合物としては、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5”-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(2、3-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5”-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5”-テトラ(アルコキシフェニル)ビイミダゾール、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5”-テトラ(トリアルコキシフェニル)ビイミダゾール、4,4’,5,5”位置のフェニル基がカルボアルコキシ基によって置換されているイミダゾール化合物などが可能である。
前記光重合開始剤は、前記黒色感光性樹脂組成物100重量部に対して0.01~10重量部、好ましくは0.01~5重量部で使うことができる。このような含量範囲は、モノマーの光重合速度および最終的に得られる塗膜の物性を考慮したものであって、前記範囲未満であると重合速度が低いため全体の工程時間が長くなり得、反対に前記範囲を超過する場合、過度な反応によって架橋反応が過度に発生して塗膜の物性がかえって低下し得るため、前記範囲内で適切に使うことが好ましい。
また、光重合開始剤とともに光重合開始補助剤を使うことができるが、前記光重合開始剤とともに光重合開始補助剤を使う場合、感光性樹脂組成物がさらに高感度になって生産性が向上するため好ましい。前記光重合開始補助剤としては、アミンおよびカルボン酸化合物からなる群から選択される1種以上の化合物が好ましく使われ得る。
このような光重合開始補助剤は、光重合開始剤1モル当たり通常10モル以下、好ましくは0.01~5モルの範囲内で使うことが好ましい。前記範囲内で光重合開始補助剤を使う場合、重合効率を高めて生産性の向上効果を期待することができる。
前記溶剤は、上述した各構成と相溶性を有するものの、反応しないものであれば限定されずに使うことができる。一般に使われている各種有機溶剤を使うことができ、前記溶剤は塗布性、乾燥性の面で沸点が100℃~200℃である有機溶剤が好ましい。
例えば、前記溶剤はアルキレングリコールアルキルエーテルアセテート類、ケトン類、3-エトキシプロピオン酸エチルや、3-メトキシプロピオン酸メチルなどのエステル類が挙げられ、さらに好ましくは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、シクロヘキサノン、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチルなどが挙げられる。これらの溶剤はそれぞれ単独でまたは二種類以上混合して使うことができる。
本発明の黒色感光性樹脂組成物中の溶剤の含量は、前記黒色感光性樹脂組成物全体100重量部に対して60~90重量部で含まれることが好ましく、65~85重量部で含まれることがより好ましい。前記溶剤の含量が前記範囲以内で含まれる場合には、ロールコーター、スピンコーター、スリットアンドスピンコーター、スリットコーター(ダイコーターともいう)、インクジェットなどの塗布装置で塗布した時に塗布性が良好となり得る。
本発明に係る黒色感光性樹脂組成物は分散性、コーティング性または密着性などを増進させるために当業界で通常使われる添加剤をさらに含むことができる。
前記分散剤としては、例えば、陽イオン系、陰イオン系、非イオン系などの適切な分散剤が使用できるが、重合体分散剤が好ましい。具体的には、アクリル系共重合体、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンなどが挙げられる。このような分散剤は商業的に入手することができ、例えば、アクリル系共重合体として、DisperBYK-2000、DisperBYK-2001、BYK-LPN6919、BYK-LPN21116(以上、ビックケミー(BYK)社製造)、Solsperse 5000(Lubrizol社製造)、ポリウレタンとして、DisperBYK-161、DisperBYK-162、DisperBYK-163、DisperBYK-165、DisperBYK-167、DisperBYK-170、DisperBYK-182(以上、ビックケミー(BYK)社製造)、Solsperse 76500(Lubrizol社製造)、ポリエチレンイミンとして、Solsperse 24000(Lubrizol社製造)、ポリエステルとして、アジスポPB821、アジスポPB822、アジスポPB880(味の素ファインテクノ株式会社製造)などが挙げられる。
また、前記添加剤は例えば、基板との接着性を高めるためにカルボキシ基、メタクリロイル基、イソシアネート基、エポキシ基およびこれらの組み合わせからなる群から選択される反応性置換基を有するシランカップリング剤を含むことができるが、これに限定されない。前記シランカップリング剤は具体的には、トリメトキシシリル安息香酸、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどが挙げられ、これを単独または二種以上組み合わせて使うことができるが、これに限定されない。
コーティング性を増進させるためには界面活性剤をさらに追加することができる。例えば、M-1000、BM-1100(BM Chemie社)、フロラードFC-135/FC-170C/FC-430(住友スリーエム(株))などのフッ素系界面活性剤を使うことができるが、これに限定されず、当業界で通常使われる界面活性剤を使うことができる。
本発明において、前記添加剤の含量は限定されず、本発明の目的を阻害しない範囲で適切に追加して使うことができる。例えば、前記添加剤は前記黒色感光性樹脂組成物全体100重量部に対して0.01~10重量部、好ましくは0.05~5重量部で含まれ得るが、これに限定されない。
<ブラックマトリックス、カラムスペーサー、ブラックマトリックス一体型カラムスペーサー>
本発明の他の態様は、前述した黒色感光性樹脂組成物の硬化物を含むブラックマトリックス、カラムスペーサーまたはブラックマトリックス一体型カラムスペーサーに関するものである。
本発明に係る黒色感光性樹脂組成物は、現像工程および露光工程のマージンが高まるに伴って、ブラックマトリックス、カラムスペーサーまたはブラックマトリックス一体型カラムスペーサーの製造収率に優れた利点がある。
本発明において、前記ブラックマトリックス一体型カラムスペーサーとは、ブラックマトリックスとカラムスペーサーをそれぞれ形成するのではなく、一つのパターンでブラックマトリックスとカラムスペーサーの役割をいずれも遂行できるものを意味する。
前記ブラックマトリックス、カラムスペーサーまたはブラックマトリックス一体型カラムスペーサーの導入は、コーティング後にフォトリソグラフィ方法を通じてパターニングして形成することができるが、これに限定されない。フォトリソグラフィ方法は本発明で特に限定されず、感光性樹脂組成物を利用した公知の方法であればいずれでも適用可能である。一例として次のような段階を含むことができる:
a)基板に黒色感光性樹脂組成物を塗布する段階;
b)溶剤を乾燥させるプリベーク段階;
c)得られた皮膜の上にフォトマスクを当てて活性光線を照射して露光部を硬化させる段階;
d)アルカリ水溶液を利用して未露光部を溶解させて現像工程を遂行する段階;および
e)乾燥およびポストベーク遂行段階
前記基板はガラス基板やポリマー板が使われる。ガラス基板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウムまたはストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、硼珪酸ガラス、バリウム硼珪酸ガラスまたは石英などを好ましく使うことができる。またポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフィドまたはポリスルホンなどが挙げられる。
この時、塗布は所望の厚さが得られるように、ロールコーター、スピンコーター、スリットアンドスピンコーター、スリットコーター(ダイコーターともいう)、インクジェットなどの塗布装置を利用した湿式コーティング方法によって遂行され得る。
前記プリベークは、オーブン、ホットプレートなどによって加熱することによって行われる。この時、プリベークにおける加熱温度および加熱時間は使う溶剤によって適宜選択され、例えば、80~150℃の温度で1~30分間行われる。
また、プリベーク後に行われる露光は、露光機によって行われてフォトマスクを通じて露光することによって、パターンに対応した部分のみを感光させる。この時、照射する光は、例えば、可視光線、紫外線、X線および電子線などが可能である。
露光後のアルカリ現像非露光部分の除去されない部分の感光性樹脂組成物を除去する目的で行われて、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合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などを使うことができる。
前記ポストベークは、パターニングされた膜と基板との密着性を高めるために遂行し、80~220℃で10~120分の条件で熱処理を通じて行われる。ポストベークもプリベークと同様に、オーブン、ホットプレートなどを利用して遂行する。
本発明に係る黒色感光性樹脂組成物を利用して製造されたブラックマトリックス、カラムスペーサー、ブラックマトリックス一体型カラムスペーサーは、液晶ディスプレイ、OLED、フレキシブルディスプレイなどのような多様な画像表示装置に適用可能である。
以下、本明細書を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本明細書に係る実施例は多様な異なる形態に変形され得、本明細書の範囲は下記で詳述される実施例に限定されるものと解釈されない。本明細書の実施例は、当業界で平均的な知識を有する者に対して本明細書をより完全に説明するために提供されるものである。また、以下で含量を表わす「%」および「部」は、特に言及しない限り重量基準である。
合成例:結合剤樹脂の合成
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素導入管を具備したフラスコを準備した。モノマー滴下ロートとして、3,4-エポキシトリシクロデカン-8-イル(メタ)アクリレートと3,4-エポキシトリシクロデカン-9-イル(メタ)アクリレートをモル比50:50で混合した混合物40重量部、メチルメタクリレ-ト50重量部、アクリル酸40重量部、ビニルトルエン70重量部、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート4重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)40重量部を添加して攪拌を準備した。連鎖移動剤滴下槽として、n-トデカンチオール6重量部、PGMEA24重量部を添加して攪拌を準備した。その後、フラスコにPGMEA395重量部を添加してフラスコ内の雰囲気を空気から窒素に取り替えた後、攪拌してフラスコの温度を90℃まで昇温させた。その後モノマーおよび連鎖移動剤を滴下ロートから滴下を開始した。滴下は90℃を維持しながら、それぞれ2時間の間進め、1時間後に110℃まで昇温して5時間の間維持して固形分酸価が100mgKOH/gである樹脂を得た。
アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)の測定は、GPC法で下記の条件で測定した。
HLC-8120GPC(東ソー(株)製造)装置を使った。TSK-GELG4000HXLとTSK-GELG2000HXLカラムを直列連結して使用し、カラムの温度は40℃にした。テトラヒドロフランを移動相の溶媒として使用し、1.0mL/分の流速で流しながら測定した。測定試料の濃度は0.6重量%であり、注入量は50μlであり、RI検出器を使って分析した。較正用標準物質としては、TSK STANDARD POLYSTYRENE F-40、F-4、F-1、A-2500、A-500(東ソー(株)製造)を使用し、前記条件で得られたアルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量と数平均分子量を測定した。
GPCによって測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は17、000であり、分子量分布(Mw/Mn)は2.3であった。
黒色感光性樹脂組成物の製造:実施例1~4および比較例1~4
下記の表1による構成および組成で、実施例および比較例に係る黒色感光性樹脂組成物を製造した。
Figure 0007063614000001
実験例
(1)パターン基板の製作
5cm×5cmのガラス基板(コーニング社)を中性洗剤および水で洗浄後、乾燥させた。前記ガラス基板上に前記実施例および比較例で製造された黒色感光性樹脂組成物それぞれを最終膜厚が3.0μmとなるようにスピンコーティングし、80~120℃で先焼成して1~2分間乾燥させて溶剤を除去した。その後、露光量40~100 mJ/cmで露光してパターンを形成し、アルカリ水溶液を使って非露光部を除去した。引き続き、200~250℃で10~30分間後焼成してパターン基板を製造した。
(2)露光マージン
基準露光量から-10mJして基板を製作し、基準露光量から+10mJして基板を製作して三種の基板(基準露光量、基準露光量-10mJ、基準露光量+10mJ)でのマージン結果を表2に示した。前記製作した三種の基板に形成されたパターンの線幅を測定し比較して、工程マージン中の露光マージンに対する結果を確認した。
線幅はラインパターンマスクを利用して基板の製作後に評価を進めた。評価はSNU社SIS-2000を利用して、パターン測定を進めた。
したがって、工程マージンのうち、露光マージンは20mJの露光範囲内の結果上の数値を利用して評価し、評価の結果、範囲は次のとおりである。
優秀◎=±0.5以下、良好○=±1.0以下、不足△=±1.0超過
(3)現像マージン
基準現像時間より10秒短くして基板を製作し、基準現像時間より10秒長くして基板を製作して、合計三種の基板の特性を評価した。
形成されたパターンの線幅を測定して、工程マージン(露光マージン)を測定し、線幅はラインパターンマスクを利用して基板の製作後に評価を進めた。評価はSNU社SIS-2000を利用して、パターン測定を進めた。
現像マージンは、20sec現像工程内の結果上の数値を利用して評価し、評価の結果、範囲は次のとおりである。
優秀◎=±1.0以下、良好○=±1.5以下、不足△=±1.5超過
Figure 0007063614000002
表2を参照すると、本発明に係る黒色感光性樹脂組成物を利用して形成されたパターン基板は露光マージンまたは現像マージンが優秀であるが、比較例に係る黒色感光性樹脂組成物を利用して形成されたパターン基板は露光マージンおよび現像マージンがすべて優れていないことが分かる。

Claims (9)

  1. の官能基を含み、
    酸価が10~60mgKOH/gであるモノマー;および、
    結合剤樹脂を含み、
    前記結合剤樹脂は、3,4-エポキシトリシクロデカン-8-イル(メタ)アクリレートと、3,4-エポキシトリシクロデカン-9-イル(メタ)アクリレート由来との繰り返し単位を含む、黒色感光性樹脂組成物。
  2. 前記モノマーは、水酸基をさらに含むものである、請求項1に記載の黒色感光性樹脂組成物。
  3. 前記モノマーは、酸価が20~40mgKOH/gであるものである、請求項1に記載の黒色感光性樹脂組成物。
  4. 前記官能基は、エチレン性不飽和二重結合を含むものである、請求項1に記載の黒色感光性樹脂組成物。
  5. 前記モノマーは、前記黒色感光性樹脂組成物全体100重量部に対して1.7~4.2重量部で含まれるものである、請求項1に記載の黒色感光性樹脂組成物。
  6. 黒色着色剤;光重合開始剤;溶剤および添加剤からなる群から選択される1以上をさらに含むものである、請求項1に記載の黒色感光性樹脂組成物。
  7. レッド顔料およびブルー顔料からなる群から選択される1以上をさらに含むものである、請求項6に記載の黒色感光性樹脂組成物。
  8. 前記ブルー顔料を含むものである、請求項7に記載の黒色感光性樹脂組成物。
  9. 請求項1~請求項8のいずれか一項に記載された黒色感光性樹脂組成物の硬化物を含む、ブラックマトリックス、カラムスペーサーまたはブラックマトリックス一体型カラムスペーサー。
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