(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
感光性樹脂組成物は、主に、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物と光重合開始剤とこれらを溶解または分散させる有機溶剤からなるが、エチレン性不飽和化合物は、一般に紫外線照射を行うことにより硬化させることができる。
【0003】
重合硬化のためには、それに適した光重合開始剤が必要で、紫外線照射を行うことにより光重合開始剤が活性ラジカルを生じ、エチレン性不飽和化合物が反応して重合する。重合により微細なライン等を得るための光源としては、365nmや405nmの光が主に用いられる。そして、短波長の光源に感度を持つ感光性樹脂組成物を用いることにより、微細な印刷等が可能であるため、365nm、405nmの光源に優れた感度を有する光重合開始剤が望まれている。これらの短波長の光源に感度を持つ感光性樹脂組成物は、光硬化性インキ、感光性印刷版、ドライフィルムレジスト、カラーフィルター等さまざまな分野に用いられている。
【0004】
特許文献1〜4には、オキシムエステル誘導体が記載されており、これらのオキシムエステル誘導体は、光重合開始剤として用いられることが知られている。
また、特許文献5および6には、より高感度のO−アシルオキシム光開始剤が記載されている。しかしながら、これらのO−アシルオキシム光開始剤も、365nm、405nmを光源とする光重合開始剤としては未だ満足のいくものではなく、さらに高感度のものが望まれている。また、光重合開始剤は、例えば、高溶解度、熱安定性および貯蔵安定性のような特性に関する業界の高い要件を満たさなければならない。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明のオキシムエステル化合物、これを用いた光重合開始剤、及びこれを含有する感光性樹脂組成物について詳細に説明する。
【0011】
上記の一般式(I)で表される化合物において、R
1−R
11はそれぞれ独立して水素;非置換C
1−C
8アルキル基または置換C
1−C
8アルキル基、あるいはC
1−C
8アルコキシ基、C
1−C
8アルキルチオ基、ベンジルオキシ基、ハロゲン基を表し、R
12は水素;非置換C
1−C
8アルキルまたは置換C
1−C
8アルキル基を表し、R
13は水素、C
3−C
8シクロアルキルまたはC
1−C
8アルキルまたは場合により置換されたフェニルを表し、Xは酸素原子もしくは硫黄原子を表す。
【0012】
ここで、上記の置換C
1−C
8アルキル基または置換されたフェニルの置換基としては、例えば、非置換C
1−C
8アルキル基、ハロゲン基、C
1−C
8アルコキシ基、C
1−C
8アルキルチオ基、ベンジルオキシ基等が挙げられる。
【0013】
また、上記の一般式(I)で表される化合物は、特に、式中、R
1−R
11はそれぞれ独立して、水素、メチル、エチル、イソプロピルを表し、R
12、R
13はメチル、フェニルを表し、Xは酸素原子もしくは硫黄原子を表すことを特徴とするものである。
【0014】
さらに、本発明のオキシムエステル化合物の中でも、特に、前記一般式(I)において、R
2、R
4はそれぞれがエチルを有するもの、R
12がプロピルを有するもの、R
13がメチルを有するものが、良好な、感光性、解像性、経時安定性の点において好ましい。
【0015】
本発明の中間体であるオキシムを得るためには、一般的に次に示す反応が好適である。アルデヒドまたはケトンと、塩酸ヒドロキシルアミンとを、酢酸ナトリウムまたはピリジンのような塩基の存在下、エタノールのような極性溶媒中で反応させることで合成することができる。
【0016】
前記一般式(I)で表される本発明のオキシムエステル化合物は、一般的に、次のようにして製造することができる。
【0017】
まず、下記一般式(II)
【化2】
(R
1−R
11は、それぞれ独立して水素;非置換C
1−C
8アルキル基または置換C
1−C
8アルキル基、あるいはC
1−C
8アルコキシ基、C
1−C
8アルキルチオ基、ベンジルオキシ基、ハロゲン基を表し、Xは酸素原子もしくは硫黄原子を表す)
で表されるチオキサントン系化合物と、下記一般式(III)
【化3】
(R
12は水素;非置換C
1−C
8アルキルまたは置換C
1−C
8アルキル基を表す)
で表される酸塩化物とを、塩化アルミニウムのような金属塩化物の存在下に反応させることにより、下記一般式(IV)
【化4】
(式中、R
1−R
12、Xは前記で定義したとおりである)
で表されるアシル体を得る。
【0018】
次いで、前記一般式(IV)を塩酸ヒドロキシルアミン、ピリジン等の塩基の存在下に反応させることにより、下記一般式(V)
【化5】
(式中、R
1−R
12、Xは前記で定義したとおりである)
で表されるオキシム化合物を得る。
【0019】
次いで、前記一般式(V)と、下記一般式(VI)
【化6】
(R
13は水素、C
3−C
8シクロアルキルまたはC
1−C
8アルキルまたは場合により置換されたフェニルを表す)
で表される酸塩化物等とを反応させて、下記一般式(I)
【化7】
(式中、R
1−R
13、Xは前記で定義したとおりである)
で表される本発明のオキシムエステル化合物を得る。
【0020】
本発明のオキシムエステル化合物は、ラジカル重合が可能なエチレン性不飽和結合を有する化合物の光重合開始剤として有用である。
【0021】
次に、本発明の感光性樹脂組成物について説明する。
感光性樹脂組成物はエチレン性不飽和結合を有する化合物、バインダー等に、本発明の光重合開始剤を含有させてなる成分である。また、必要に応じて、熱重合禁止剤や可塑剤等の添加剤を混合することによって調製される。
【0022】
本発明のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物としては、例えば、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸と脂肪族ポリヒドロキシ化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と芳香族ポリヒドロキシ化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と多価カルボン酸とポリヒドロキシ化合物とのエステル化反応により得られるエステル等があげられる。
【0023】
本発明の不飽和カルボン酸と脂肪族ポリヒドロキシ化合物とのエステルとしては、例えば、エチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、グリセ
ロールアクリレート等のアクリル酸エステル、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールジメタクリレート、ジペンタエリスリトールトリメタクリレート、ジペンタエリスリトールテトラメタクリレート等のメタクリル酸エステル、脂肪族ポリヒドロキシ化合物のイタコン酸エステル、クロトン酸エステル、マレイン酸エステル等があげられる。本発明の不飽和カルボン酸と芳香族ポリヒドロキシ化合物とのエステルとしては、例えば、ヒドロキノンジアクリレート、ヒドロキノンジメタクリレート、レゾルシンジアクリレート、レゾルシンジメタクリレート等があげられる。
【0024】
不飽和カルボン酸と多価カルボン酸とポリヒドロキシ化合物とのエステル化反応により得られるエステルとしては、例えば、アクリル酸−フタル酸−エチレングリコールの縮合物、アクリル酸−マレイン酸−ジエチレングリコールの縮合物、メタクリル酸−テレフタル酸−ペンタエリスリトールの縮合物、アクリル酸−アジピン酸−ブタンジオール−グリセリンの縮合物等があげられる。
【0025】
その他本発明に用いられるエチレン性不飽和二重結合を有する化合物の例としては、エチレンビスアクリルアミド等のアクリルアミド類、フタル酸ジアリル等のアリルエステル、ジビニルフタレート等のビニル基含有化合物等があげられる。主鎖にエチレン性不飽和二重結合を有する重合体としては、例えば不飽和二価カルボン酸とジヒドロキシ化合物との重縮合反応により得られるポリエステル、不飽和二価カルボン酸とジアミンとの重縮合反応により得られるポリアミド等があげられる。
【0026】
本発明の側鎖にエチレン性不飽和二重結合を有する重合体としては、側鎖に不飽和結合をもつ二価カルボン酸、例えば、イタコン酸、プロピリデンコハク酸、エチリデンマロン酸等とジヒドロキシまたはジアミン化合物との縮合重合体等があげられる。また、側鎖にヒドロキシ基やハロゲン化メチル基の如き官能基をもつ重合体、例えば、ポリビニルアルコール、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂ポリエピクロルヒドリン等とアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸の様な不飽和カルボン酸との高分子反応により得られるポリマーも使用できる。
【0027】
バインダーは、重合性の単量体をラジカル重合させることにより得られる。単量体としては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−エチルスチレン等のスチレン誘導体、アクリルアミド、アクリロニトリル等のビニルアルコールエステル類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ペンチル、メタクリル酸ヘキシル等のメタクリル酸アルキルエステル類、マレイン酸、無水マレイン酸、桂皮酸、イタコン酸、クロトン酸等があげられる。
本発明のバインダーの使用量は、エチレン性化合物100重量部に対して30〜1000重量部、さらに好ましくは50〜150重量部である。
【0028】
また、本発明のオキシムエステル化合物は、下記に示すような公知の光重合開始剤と併用して使用することができる。
これら光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、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、4−(メチルフェニルチオ)−フェニルフェニルケトン、ベンジルジメチルケタール、2−メチル−1−メチルチオフェニル−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン、p−ジエチルアミノ安息香酸エチル、チオキサントン、2,5−ジエチルチオキサントン、2−クロロキサントン、イソプロピルチオキサント
ン、1−クロロ−4−プロポキシ−チオキサントン、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−フルオロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(p−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジ(o−メトキシフェニル)イミダゾール二量体、9−フェニルアクリジン、9−(p−トルイル)アクリジン、1,7−ビス(9,9'−アクリジニル)ヘプタン、N−フェニルグリシン、ビス(5−シクロペンタジエニル)ビス[2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)フェニル]チタニウム、2−エチルアントラキノン、1−クロロアントラキノン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−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−ナフチル−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−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等があげられる。
【0029】
本発明の感光性樹脂組成物は、通常、オキシムエステル化合物、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物を溶解または分散させて使用される。
使用される溶剤としては、例えば、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジ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、シクロヘキサノールアセテート、ベンジルアルコール、3−メトキシブタノール等を加えた溶液状組成物として用いられる。
本発明の感光性樹脂組成物は、各種印刷インキ、印刷版、塗料、接着剤、ドライフィルムレジスト、カラーフィルター等の用途に広く使用することができ、その用途に特に制限はない。
【0030】
また、本発明で露光に用いられる光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、タングステンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、中圧水銀灯、低圧水銀灯、発光ダイオード、レーザーダイオード、F2エキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー等を用いることができる。本発明の感光性樹脂組成物において、光重合開始剤の添加量は特に限定されるものではないが、本発明のオキシムエステル化合物は、エチレン性不飽和結合を有する前記重合性化合物100重量部に対して、通常0.1〜50重量部、より好ましくは、感度及び解像度等の点を考慮して1〜40重量部である。
【0031】
次に、本発明のオキシムエステル化合物を用いた実施例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【0032】
〔実施例1〕オキシムエステル化合物の合成
a.チオキサントン誘導体(アシル体)の合成
【化8】
ジクロロメタン40ml中の2,4−ジエチル−7−フェノキシチオキサントン5.0部に、塩化アルミニウム5.5部及びアセチルクロリド1.7部を加えた。この反応混合物を室温で4時間攪拌した。次いで、反応混合物を氷水に注いだ。生成物を酢酸エチルで抽出した。酢酸エチル層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液及び食塩水で洗浄し、その後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を濃縮後、淡黄色固体4.58部(82.5%)を得た。この固体を未精製のまま次の反応に用いた。
【0033】
b.オキシム体の合成
【化9】
エタノール30ml中のa.で得られたアシル体3.0部に、塩化ヒドロキシルアンモニウム0.92部及びピリジン0.86部を加えた。10時間還流したのち、反応混合物を氷水に注いだ。得られた固体を濾取し、水で洗浄し、酢酸エチルに溶解した。無水硫酸マグネシウムで乾燥したのち、濃縮し、淡黄色固体2.8部(87.6%)を得た。この固体を未精製のまま、次の反応に用いた。
【0034】
c.オキシムエステル体の合成
【化10】
b.で得られたオキシム体1.5部をDMF25部に溶解した。この溶液にアセチルクロライド0.83部を加え、次いでトリエチルアミン1.08部を10℃以下で滴下した。室温で4時間攪拌したのち、反応混合物を水に注ぎ、析出固体をろ過した。ろ物をジクロロメタン−ヘキサン(2:1) を用いて、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製して、淡黄色固体1.56部(94.3%)を得た。極大吸収波長399nm、融点は146〜158℃であった。
【0035】
〔実施例2〜7〕
実施例1と同様の方法によって合成した、下記一般式(VII)で表される、本発明の様々な化合物の具体的な構造を表1、測定結果を表2に示す。
【化11】
【表1】
【0036】
【表2】
【0037】
〔比較例1〕2−(アセチルオキシイミノメチル)チオキサントンの合成
d.2−ホルミルチオキサントンの合成
【化12】
2−ブロモチオキサントン5.8部、マグネシウム0.55部、乾燥THF150部から65℃に加熱して調整したGrignard試薬を20℃まで冷却し、DMF1.46部のTHF100部溶液を滴下する。2時間攪拌してから一夜放置する。溶液を砕いた氷中に注ぎ、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて分解する。エーテルで抽出、その後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を濃縮後、淡黄色固体3.4部(71%)を得た。この固体を未精製のまま次の反応に用いた。
【0038】
e.2−(ヒドロキシイミノメチル)チオキサントンの合成
【化13】
実施例1と同様の方法によって合成した
【0039】
f.2−(アセチルオキシイミノメチル)チオキサントンの合成
【化14】
実施例1と同様の方法によって合成した。極大吸収波長378nm、融点は181〜190℃であった。
【0040】
<光重合開始剤の有機溶剤に対する溶解度の評価>
実施例1〜8及び比較例1の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)100部又はシクロヘキサノン100部に対する20℃での溶解度を測定した。結果を表3に示す。
【0041】
【表3】
【0042】
〔実施例9〕感光性樹脂組成物の製造
下記に示す材料を配合し、感光性樹脂組成物を得た。
バインダー樹脂:メタクリル酸―メチルメタクリレート−スチレン共重合体(重量比30−45−25のトルエン及びエチレングリコールモノエチルエーテル溶液 55部
エチレン性不飽和二重結合有する化合物:トリメチロールプロパンアクリレート 45部
光重合開始剤:実施例1〜8、及び比較例1に示す化合物 0.8部
性能評価:
<吸光度>
吸光度の測定には、紫外可視分光光度計(日本分光株式会社製Ubest−V−5 70DS)、及び積分球装置(日本分光株式会社製ISN−470)を使用した。前記に示すそれぞれの感光性樹脂組成物をガラス板にアプリケーター塗布後、熱風循環式乾燥炉を
用いて80℃、30分乾燥し、光硬化性・熱硬化性の樹脂組成物の乾燥塗膜をガラス板上に作製した。紫外可視分光光度計及び積分球装置を用いて、感光性樹脂組成物を塗布したガラス板と同一のガラス板で、500〜300nmにおける吸光度ベースラインを測定した。作製した乾燥塗膜付きガラス板の吸光度を測定し、ベースラインから乾燥塗膜の吸光度を算出でき、目的の光の波長405nmにおける吸光度を得た。塗布膜厚のずれによる吸光度のずれを防ぐため、この作業をアプリケーターによる塗布厚を4段階に変えて行い、塗布厚と405nmにおける吸光度のグラフを作成し、その近似式から膜厚25μmの乾燥塗膜の吸光度を算出して、それぞれの吸光度とした。
その評価結果を表4に示す。
表4においては、吸光度が高いものほど405nmにおける重量吸光係数が大きい事を示すが、本発明の光重合開始剤は、比較例のものと比べると、優れた405nmにおける重量吸光係数を示している。
【0043】
<最適露光量>
ガラス基板上に、前記に示すそれぞれの感光性樹脂組成物を、ガラス板にアプリケーター塗布後、熱風循環式乾燥炉を用いて80℃、30分乾燥し、光硬化性・熱硬化性の樹脂組成物の乾燥塗膜をガラス板上に作製した。その後、超高圧水銀ランプを用いて露光量を変えて露光を行った。次に、1.0重量%炭酸ナトリウム水溶液を30℃で3分間スプレーし、未露光部分の除去を行った。
その評価結果を表4に示す。
ここに示された感度は、25μmのレジストパターンを寸法とおり形成できる露光量をもって表示した。
表4においては、露光量が少ないものほど高感度であることを示すが、本発明の感光性樹脂組成物は、比較例のものと比べると、優れた感度及び解像度を示している。
【0044】
【表4】