(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024085318
(43)【公開日】2024-06-26
(54)【発明の名称】感光性樹脂組成物、硬化膜および表示装置
(51)【国際特許分類】
G03F 7/033 20060101AFI20240619BHJP
C08F 220/28 20060101ALI20240619BHJP
C08F 8/14 20060101ALI20240619BHJP
【FI】
G03F7/033
C08F220/28
C08F8/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022199785
(22)【出願日】2022-12-14
(71)【出願人】
【識別番号】000004628
【氏名又は名称】株式会社日本触媒
(74)【代理人】
【識別番号】110003845
【氏名又は名称】弁理士法人籾井特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田中 晋介
【テーマコード(参考)】
2H225
4J100
【Fターム(参考)】
2H225AC36
2H225AD02
2H225AM23P
2H225AM29P
2H225AM32P
2H225AN39P
2H225CA21
2H225CB05
2H225CC01
2H225CC13
4J100AJ02Q
4J100AL04R
4J100AL05R
4J100AL69P
4J100CA05
4J100CA21
4J100CA31
4J100DA01
4J100DA29
4J100FA03
4J100FA04
4J100FA19
4J100HA11
4J100HA62
4J100HC39
4J100HC45
4J100JA38
(57)【要約】
【課題】現像速度が速く、成形体の圧縮率および破壊強度が高い感光性樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態による感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂と、多官能モノマーと、光重合開始剤と、溶剤とを含み、該アルカリ可溶性樹脂が、下記一般式(1)で表される構成単位Aと、得られるホモポリマーのガラス転移温度が10℃以下である構成単位Bとを含み、該アルカリ可溶性樹脂のガラス転移温度が、20℃以下である。
【化1】
Rは水素原子、または炭素数が1~30の有機基を表す。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルカリ可溶性樹脂と、多官能モノマーと、光重合開始剤と、溶剤とを含み、
該アルカリ可溶性樹脂が、下記一般式(1)で表される構成単位Aと、得られるホモポリマーのガラス転移温度が10℃以下である構成単位Bとを含み、
該アルカリ可溶性樹脂のガラス転移温度が、20℃以下である、感光性樹脂組成物:
【化1】
Rは水素原子、または炭素数が1~30の有機基を表し、
該有機基は、鎖状飽和炭化水素基;不飽和基を含まないアルコキシ置換鎖状飽和炭化水素基;ヒドロキシ置換鎖状飽和炭化水素基;不飽和基を含まない脂環式炭化水素基;脂環式炭化水素基の水素原子の一部をアルコキシ基および/またはヒドロキシ基で置き換えた脂環式炭化水素基であって不飽和基を含まない脂環式炭化水素基;芳香族炭化水素基;または、芳香族炭化水素基の水素原子の一部を不飽和基を含まないアルコキシ基および/またはヒドロキシ基で置き換えた芳香族炭化水素基である。
【請求項2】
前記構成単位Aの含有割合が、アルカリ可溶性樹脂の総量に対して、2mol%~30mol%である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項3】
前記構成単位Bの含有割合が、アルカリ可溶性樹脂の総量に対して、40mol%より多い、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項4】
前記アルカリ可溶性樹脂が、ホモポリマーのガラス転移温度が-55℃以上である構成単位Bを含む、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項5】
前記アルカリ可溶性樹脂が、前記構成単位Bとして、2-エチルヘキシルアクリレート由来の構成単位を含む、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項6】
前記アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量が、400g/eq~5000g/eqである、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項7】
前記アルカリ可溶性樹脂の酸価が、40mgKOH/g~200mgKOH/gである、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項8】
色材を実質的に含まない、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項9】
請求項1に記載の感光性樹脂組成物を硬化して形成された、硬化膜。
【請求項10】
波長400nm~700nmにおける光透過率が、90%以上である、請求項9に記載の硬化膜。
【請求項11】
請求項9または10に記載の硬化膜を含む、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感光性樹脂組成物、硬化膜および表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
感光性樹脂組成物は、フォトリソグラフィ法に用いられ、露光の有無により、現像液に対する溶解性が変化する材料であり、これを用いて所定パターンの成形体を得ることができる。フォトリソグラフィ法は、画像表示装置の部材製造、電子機器の回路基板製造、半導体素子製造等に多用される。このような技術分野においては、成形体が微細なパターンで得られることのほか、現像速度が速いこと、成形体の圧縮率および破壊強度が高いこと等が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、現像速度が速く、成形体の圧縮率および破壊強度が高い感光性樹脂組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
[1]本発明の実施形態による感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂と、多官能モノマーと、光重合開始剤と、溶剤とを含み、該アルカリ可溶性樹脂が、下記一般式(1)で表される構成単位Aと、得られるホモポリマーのガラス転移温度が10℃以下である構成単位Bとを含み、該アルカリ可溶性樹脂のガラス転移温度が、20℃以下である。
Rは水素原子、または炭素数が1~30の有機基を表し、
該有機基は、鎖状飽和炭化水素基;不飽和基を含まないアルコキシ置換鎖状飽和炭化水素基;ヒドロキシ置換鎖状飽和炭化水素基;不飽和基を含まない脂環式炭化水素基;脂環式炭化水素基の水素原子の一部をアルコキシ基および/またはヒドロキシ基で置き換えた脂環式炭化水素基であって不飽和基を含まない脂環式炭化水素基;芳香族炭化水素基;または、芳香族炭化水素基の水素原子の一部を不飽和基を含まないアルコキシ基および/またはヒドロキシ基で置き換えた芳香族炭化水素基である。
[2]上記[1]の感光性樹脂組成物において、上記構成単位Aの含有割合が、アルカリ可溶性樹脂の総量に対して、2mol%~30mol%であってもよい。
[3]上記[1]または[2]の感光性樹脂組成物において、上記構成単位Bの含有割合が、アルカリ可溶性樹脂の総量に対して、40mol%より多くてもよい。
[4]上記[1]から[3]のいずれかの感光性樹脂組成物において、上記アルカリ可溶性樹脂が、ホモポリマーのガラス転移温度が-55℃以上である構成単位Bを含んでいてもよい。
[5]上記[1]から[3]のいずれかの感光性樹脂組成物において、上記アルカリ可溶性樹脂が、上記構成単位Bとして、2-エチルヘキシルアクリレート由来の構成単位を含んでいてもよい。
[6]上記[1]から[5]のいずれかの感光性樹脂組成物において、上記アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量が、400g/eq~5000g/eqであってもよい。
[7]上記[1]から[6]のいずれかの感光性樹脂組成物において、上記アルカリ可溶性樹脂の酸価が、40mgKOH/g~200mgKOH/gであってもよい。
[8]上記[1]から[7]のいずれかの感光性樹脂組成物は、色材を実質的に含まずに構成されていてもよい。
[9]本発明の実施形態による硬化膜は、[1]~[8]のいずれかの感光性樹脂組成物を硬化して形成される。
[10]上記[9]の硬化膜は、波長400nm~700nmにおける光透過率が、90%以上であってもよい。
[11]本発明の実施形態による表示装置は、[9]または[10]の硬化膜を含む。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、現像速度が速く、成形体の圧縮率および破壊強度が高い感光性樹脂組成物を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
また、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」を意味し、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート及び/又はメタクリレート」を意味する。
また、本明細書において、数値範囲「Min~Max」は、最小値Min以上、且つ、最大値Max以下を意味する。さらに、上限値および下限値について、好適な数値を段階的に記載する場合、各々分けて記載した上限値と下限値を、適宜組み合わせた数値範囲も好適な数値範囲である。
【0008】
A.感光性樹脂組成物の概要
本発明の感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂と、多官能モノマーと、光重合開始剤と、溶剤とを含む。上記アルカリ可溶性樹脂が、下記一般式(1)で表される構成単位Aと、得られるホモポリマーのガラス転移温度が10℃以下である構成単位Bとを含む。アルカリ可溶性樹脂のガラス転移温度は、20℃以下である。
【化1】
Rは水素原子、または炭素数が1~30の有機基を表し、
該有機基は、鎖状飽和炭化水素基;不飽和基を含まないアルコキシ置換鎖状飽和炭化水素基;ヒドロキシ置換鎖状飽和炭化水素基;不飽和基を含まない脂環式炭化水素基;脂環式炭化水素基の水素原子の一部をアルコキシ基および/またはヒドロキシ基で置き換えた脂環式炭化水素基であって不飽和基を含まない脂環式炭化水素基;芳香族炭化水素基;または、芳香族炭化水素基の水素原子の一部を不飽和基を含まないアルコキシ基および/またはヒドロキシ基で置き換えた芳香族炭化水素基である。
【0009】
なお、本明細書において、得られるホモポリマーのガラス転移温度が10℃以下である構成単位Bとは、構成単位Bからホモポリマーを構成した際に当該ホモポリマーのガラス転移温度が10℃以下となる構成単位Bを意味する。
【0010】
本発明においては、構成単位Bを含有し、ガラス転移温度が20℃であるアルカリ可溶性樹脂を用いることにより、圧縮率および破壊強度に優れる成形体(例えば、硬化膜)を形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。また、構成単位Aを含有させることにより、適切な親水性を有するアルカリ可溶性樹脂を得ることができる。当該アルカリ可溶性樹脂を含む感光性樹脂組成物を用いれば、パターン形成時、洗い流しやすい未硬化部を形成することでき、現像時の残渣を低減することができる。また、現像速度が速い感光性樹脂組成物とすることができる。疎水性が高い傾向のある構成単位Bを有するアルカリ可溶性樹脂を用いながらも、現像残渣を低減し得たことは、本発明の成果のひとつである。
【0011】
本明細書において、アルカリ可溶性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、下記のFOX式による計算Tgである。計算Tgは、所定の分析により得られたガラス転移温度(例えば、DSCにより、JIS-K7121に準拠し測定した中間点ガラス転移温度)に近い値を示す。
1/Tg=w1/Tg1+w2/Tg2+・・・wn/Tgn
Tg:アルカリ可溶性樹脂のガラス転移温度
w1:モノマー成分1(構成単位A)の重量分率
Tg1:モノマー成分1(構成単位A)のホモポリマーTg
w2:モノマー成分2(構成単位B)の重量分率
Tg2:モノマー成分2(構成単位B)のホモポリマーTg
wn:モノマー成分nの重量分率
Tgn:モノマー成分nのホモポリマーTg
【0012】
本発明の感光性樹脂組成物は、主としてネガ型感光性樹脂組成物として用いられ、例えば、カラーフィルター、フォトスペーサー、オーバーコート、ブラックマトリックス、ブラックカラムスペーサー、インク、塗料、シール剤等の形成に好適に用いられ得る。
【0013】
上記感光性樹脂組成物は、色材を実質的に含まない。本明細書において、色材を実質的に含まないとは、感光性樹脂組成物の固形分100重量部に対する、色材の含有割合が3重量部以下(好ましくは2重量部以下、より好ましくは1重量部以下、さらに好ましくは0.5重量部以下、最も好ましくは0重量部)であることを意味する。色材を含まない感光性樹脂組成物は、フォトスペーサー、オーバーコート、ハードコート、保護膜、レンズ、封止剤等の用途で好適に用いることができる。上記感光性樹脂組成物は、成形体形成時に黄変し難く、色材を実質的に含まない形態において、有利に使用され得る。
【0014】
B.アルカリ可溶性樹脂
上記のとおり、アルカリ可溶性樹脂は、構成単位Aと構成単位Bとを含む。上記アルカリ可溶性樹脂は、代表的には、(メタ)アクリル系樹脂である。なお、(メタ)アクリル系樹脂とは、(メタ)アクリル酸エステル等の(メタ)アクリル系モノマーを少なくとも10mol%以上(好ましくは40mol%より多く)含有するモノマー組成物を重合した樹脂であれば特に限定されず、該モノマー組成物は、(メタ)アクリル系モノマーと共重合可能な他のモノマーを含んでいてもよい。
【0015】
上記アルカリ可溶性樹脂は、ランダム共重合体であってもよく、ブロック共重合体であってもよい。
【0016】
上記アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量は、好ましくはテトラヒドロフラン(THF)溶媒によるゲル・パーミエーション・クロマトグラフ法(GPC)で測定した値が、好ましくは3,000~200,000であり、より好ましくは3,500~100,000であり、さらに好ましくは4,000~50,000である。このような範囲であれば、耐熱性を確保し、かつ、塗膜形成に適切な粘度を有する感光性樹脂組成物を得ることができる。
【0017】
上記アルカリ可溶性樹脂の酸価は、好ましくは20mgKOH/g~300mgKOH/gであり、より好ましくは25mgKOH/g~200mgKOH/gであり、さらに好ましくは40mgKOH/g~200mgKOH/gである。このような範囲であれば、現像速度に優れる感光性樹脂組成物を得ることができる。
【0018】
上記アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量は、好ましくは200g/eq~1000g/eqであり、より好ましくは300g/eq~8000g/eqであり、さらに好ましくは350g/eq~6000g/eqであり、特に好ましくは400g/eq~5000g/eqである。このような範囲であれば、光に対する感度が高くなって現像性がより向上される他、硬化時の着色がより抑制され、また、保存安定性や溶媒に対する溶解性がより向上される。上記アルカリ可溶性樹脂に側鎖アクリレート基を導入することにより、アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量を調整することができる。なお、二重結合当量とは、アルカリ可溶性樹脂における二重結合(アクリレート基)1個あたりの重量平均分子量であり、下記式により算出することができる。
二重結合当量(g/eq)=アルカリ可溶性樹脂(アクリレート基を有する化合物を付加した後の重合体)に使用したモノマー総量(g)/付加したアクリレート基を有する化合物のmol
【0019】
本発明の感光性樹脂組成物中におけるアルカリ可溶性樹脂の含有量としては、該組成物の全固形分に対して、1重量%~50重量%が好ましく、より好ましくは5重量%~40重量%である。
【0020】
B-1.構成単位A
上記のとおり、構成単位Aは、一般式(1)で表される。
【化1】
Rは水素原子、または炭素数が1~30(好ましくは1~10、より好ましくは1~5)の有機基を表し、
該有機基は、鎖状飽和炭化水素基;不飽和基を含まないアルコキシ置換鎖状飽和炭化水素基;ヒドロキシ置換鎖状飽和炭化水素基;不飽和基を含まない脂環式炭化水素基;脂環式炭化水素基の水素原子の一部をアルコキシ基および/またはヒドロキシ基で置き換えた脂環式炭化水素基であって不飽和基を含まない脂環式炭化水素基;芳香族炭化水素基;または、芳香族炭化水素基の水素原子の一部を不飽和基を含まないアルコキシ基および/またはヒドロキシ基で置き換えた芳香族炭化水素基である。1つの実施形態においては、Rはメチル基である。
【0021】
上記構成単位A形成するモノマー(a)としては、例えば、分子内環化工程によって環構造を形成し得るモノマー(a)が用いられる。具体例としては、一般式(2)で表される1,6-ジエン類が挙げられる。
【化3】
式(2)中、Rは上記で説明したとおりである。
【0022】
構成単位Aの含有割合は、アルカリ可溶性樹脂の総量に対して、好ましくは2mol%~30mol%であり、より好ましくは3mol%~25mol%であり、さらに好ましくは5mol%~20mol%であり、特に好ましくは10mol%~25mol%である。このような範囲であれば、アルカリ可溶性樹脂に溶解性を付与しやすくなり、現像時残渣を低減することができる。
【0023】
B-2.構成単位B
上記構成単位Bは、代表的には、(メタ)アクリレートモノマー(b)由来の構成単位である。(メタ)アクリレートモノマーの具体例としては、n-ペンチルメタクリレート、イソアミルアクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-オクチルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、イソノニルアクリレート、イソノニルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、ステアリルアクリレート、ステアリルメタクリレート、メトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、エトキシ-ジエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレートなどの芳香環を持たない(メタ)アクリレート;フェノキシエチルアクリレート、フェノキシ-ポリエチレングリコールアクリレート、o-フェノキシベンジルアクリレート、m-フェノキシベンジルアクリレート、p-フェノキシベンジルアクリレートなどの芳香環を有する(メタ)アクリレートなどが挙げられる。1つの実施形態においては、構成単位Bは、2-エチルヘキシルアクリレート由来の構成単位である。(メタ)アクリレートモノマー(b)として2-エチルヘキシルアクリレートを用いれば、耐熱性に優れる成形体を形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。
【0024】
1つの実施形態においては、上記(メタ)アクリレートモノマー(b)としては、炭素数が2~20(好ましくは2~18、より好ましくは2~16)の直鎖状または分岐状アルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマーが用いられ得る。
【0025】
上記のとおり、構成単位Bから構成されるホモポリマーのガラス転移温度は、10℃以下である。構成単位Bから構成されるホモポリマーのガラス転移温度は、好ましくは0℃以下であり、より好ましくは-10℃以下であり、さらに好ましくは-15℃以下である。このような範囲であれば、ガラス転移温度の低いアルカリ可溶性樹脂を得ることができ、圧縮率および破壊強度に優れる成形体(例えば、硬化膜)を形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。また、構成単位Bから構成されるホモポリマーのガラス転移温度は、好ましくは-100℃以上であり、より好ましくは-80℃以上であり、さらに好ましくは-65℃以上であり、特に好ましくは-55℃以上である。このような範囲であれば、現像残渣の少ない感光性樹脂組成物を得ることができる。
【0026】
構成単位Bの含有割合は、アルカリ可溶性樹脂の総量に対して、好ましくは40mol%より多く、より好ましくは40mol%より多く98mol%より少なく、さらに好ましくは41mol%~95mol%であり、特に好ましくは45mol%~90mol%であり、最も好ましくは50mol%~80mol%である。このような範囲であれば、上記本発明の効果が顕著となる。特に、圧縮率、破壊強度等の機械的特性向上効果が顕著となる。
【0027】
B-3.その他の構成単位
上記アルカリ可溶性樹脂は、本発明の効果が得られる限りにおいて、任意の適切なその他の構成単位を含んでいてもよい。例えば、後述の側鎖に酸基を有する構成単位(I)、側鎖にアクリレート基を有する構成単位(X)を含んでいてもよい。
【0028】
その他の構成単位のさらなる例としては、例えば、構成単位Bを形成するモノマー以外の(メタ)アクリル酸エステル類、(メタ)アクリロイルモルホリン(モルホリノ(メタ)アクリレート)、(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-ブチル(メタ)アクリルアミド、N-イソブチル(メタ)アクリルアミド、N-t-ブチル(メタ)アクリルアミド、N-t-オクチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-シクロヘキシル(メタ)アクリルアミド、N-フェニル(メタ)アクリルアミド、N-ベンジル(メタ)アクリルアミド、N-トリフェニルメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリル酸アミド類、スチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物、ブタジエン、イソプレン等のブタジエンまたは置換ブタジエン化合物、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、アクリロニトリル等のエチレンまたは置換エチレン化合物;酢酸ビニル等のビニルエステル類等のモノマー由来の構成単位が挙げられる。これらのモノマーは、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。
【0029】
1つの実施形態においては、上記アルカリ可溶性樹脂は、C、HおよびO以外の原子を含む構造を有さない。このような構成のアルカリ可溶性樹脂を用いることにより、黄変の少ない成形体を形成し得る感光性樹脂組成物を提供することができる。このような感光性樹脂組成物は、色材を含まないフォトスペーサー、オーバーコート、ハードコート、保護膜、レンズ、封止剤等の用途で好適に用いることができる。
【0030】
B-4.アルカリ可溶性樹脂を形成するモノマー組成物
上記アルカリ可溶性樹脂は、例えば、構成単位A形成するモノマー(a)、構成単位Bを形成する(メタ)アクリレートモノマー(b)を含むモノマー組成物を重合することを含む方法により得ることができる。さらに、上記モノマー組成物は、その他のモノマーをさらに含んでいてもよい。
【0031】
1つの実施形態においては、上記アルカリ可溶性樹脂は、側鎖に酸基を有するモノマー(i)をさらに含むモノマー組成物を重合して、重合体Xを形成し、さらに、重合体Xが有する酸基(モノマー(i)由来の酸基)の一部を反応点として、重合体Xにアクリレート基を有する化合物(x)を付加することにより得ることができる。また、側鎖に酸基を有するモノマー(i)に代えて、あるいは、当該モノマー(i)と併用して、上記モノマー組成物に、酸基を導入し得るモノマー(i’)を含有させてもよい。上記のようにして得られたアルカリ可溶性樹脂は、構成単位Aおよび構成単位Bの他、側鎖に酸基を有する構成単位(I)および/または側鎖にアクリレート基を有する構成単位(X)をさらに含み得る。
【0032】
(側鎖に酸基を有する構成単位(I))
アルカリ可溶性樹脂が側鎖に酸基を有する構成単位(I)を有していれば、アルカリ現像性に優れる感光性樹脂組成物を得ることができる。側鎖に酸基を有する構成単位(I)を構成するモノマー(酸基を有するモノマー(i))としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、イタコン酸、ω-カルボキシ-ポリカプロラクトンモノアクリレート等のカルボキシル基を有するモノマー;無水マレイン酸、無水イタコン酸等のカルボン酸無水物基を有するモノマー等が挙げられる。なかでも好ましくはアクリル酸である。これらのモノマーは、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。
【0033】
側鎖に酸基を有する構成単位(I)を構成するモノマーとして、酸基を導入し得るモノマー(i’)を用いてもよい。モノマー(i’)は、重合後の酸基付与を可能とするモノマーである。モノマー(i’)としては、例えば、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート等の水酸基を有するモノマー、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基を有するモノマー、2-イソシアナートエチルアクリレート、2-イソシアナートエチルメタクリレート等のイソシアネート基を有するモノマー等が挙げられる。これらのモノマーは、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。好ましくは、モノマー(i’)として、アクリル系モノマーが用いられる。酸基を付与するための後処理は、用いるモノマー(i’)の種類によって異なるが、水酸基を有するモノマー(i’)を用いた場合には、例えば、コハク酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、マレイン酸無水物等の酸無水物を付加させればよい。エポキシ基を有するモノマー(i’)を用いた場合には、例えば、N-メチルアミノ安息香酸、N-メチルアミノフェノール等のアミノ基と酸基を有する化合物を付加するか、もしくは、(メタ)アクリル酸等の酸を付加させた後に生じた水酸基に、酸無水物(例えば、コハク酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、マレイン酸無水物)を付加させればよい。また、イソシアネート基を有するモノマー(i’)を用いた場合には、例えば、2-ヒドロキシ酪酸等の水酸基と酸基を有する化合物を付加させればよい。
【0034】
側鎖に酸基を有する構成単位(I)の含有割合は、アルカリ可溶性樹脂100重量部に対して、好ましくは10重量部~70重量部であり、より好ましくは15重量部~65重量部であり、さらに好ましくは15重量部~60重量部である。
【0035】
アルカリ可溶性樹脂を形成する上記モノマー組成物中、酸基を有するモノマー(i)の含有割合は、モノマー組成物中の全モノマー100重量部に対して、好ましくは10重量部~70重量部であり、より好ましくは15重量部~65重量部であり、さらに好ましくは15重量部~60重量部である。また、アルカリ可溶性樹脂を形成する上記モノマー組成物中、酸基を導入し得るモノマー(i’)の含有割合は、モノマー組成物中の全モノマー100重量部に対して、好ましくは10重量部~70重量部であり、より好ましくは15重量部~65重量部であり、さらに好ましくは15重量部~60重量部である。
【0036】
(側鎖にアクリレート基を有する構成単位(X))
側鎖にアクリレート基を有する構成単位(X)は、側鎖に酸基を有する構成単位(I)の酸基の一部を反応点として、アクリレート基を有する化合物を付加することにより、得ることができる。
【0037】
側鎖に酸基を有する構成単位(I)の酸基がカルボキシル基である場合、アクリレート基を有する化合物として、エポキシ基とアクリレート基とを有する化合物、イソシアネート基とアクリレート基とを有する化合物等が用いられ得る。エポキシ基とアクリレート基とを有する化合物としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。なかでも、グリシジル(メタ)アクリレートおよび/または4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテルが好ましく用いられ得る。イソシアネート基と二重結合とを有する化合物としては2-イソシアナートエチルアクリレート等が挙げられる。側鎖に酸基を有する構成単位(I)の酸基がカルボン酸無水物基である場合、アクリレート基を有する化合物として、水酸基とアクリレート基とを有する化合物が用いられ得る。水酸基と二重結合とを有する化合物としては、例えば、2-ヒドロキシエチルアクリレート等が挙げられる。
【0038】
上記アクリレート基を有する化合物の付加量は、上記重合体X(すなわち、アクリレート基を有する化合物を付加する前の重合体)100重量部に対して、好ましくは3重量部以上であり、より好ましくは5重量部以上であり、さらに好ましくは10重量部以上である。このような範囲であれば、耐溶剤性に優れる成形体を型性し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。また、露光感度に優れる感光性樹脂組成物を得ることができる。このような感光性樹脂組成物を用いれば、破壊強度が高い成形体を形成することができる。また、アクリレート基を有する化合物の付加量が上記範囲であれば、アクリレート基を有する化合物の付加により水酸基が十分に生成され、アルカリ現像液に対する溶解性に優れる感光性樹脂組成物を得ることができる。上記アクリレート基を有する化合物の付加量の上限は、上記重合体X100重量部に対して、好ましくは150重量部以下であり、より好ましくは100重量部以下であり、さらに好ましくは80重量部以下である。
【0039】
B-5.アルカリ可溶性樹脂の重合
アルカリ可溶性樹脂は、上記モノマー組成物を任意の適切な重合方法により重合して得ることができる。重合方法としては、例えば、溶液重合法が挙げられる。
【0040】
上記モノマー組成物は、任意の適切な溶媒を含み得る。溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、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等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、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のエステル類;メタノール、エタノール等のアルコール類;トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム;ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。上記モノマー組成物を重合する際の重合濃度は、好ましくは5重量%~90重量%であり、より好ましくは5重量%~50重量%であり、さらに好ましくは10重量%~50重量%である。
【0041】
上記モノマー組成物は、任意の適切な重合開始剤を含み得る。重合開始剤としては、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート等の有機過酸化物;2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)等のアゾ化合物等が挙げられる。重合開始剤の含有割合は、モノマー組成物中の全モノマー100重量部に対して、好ましくは0.1重量部~15重量部、より好ましくは0.2重量部~10重量部である。
【0042】
上記モノマー組成物は、任意の適切な連鎖移動剤を含み得る。連鎖移動剤としては、例えば、n-ドデシルメルカプタン、β―メルカプトプロピオン酸等の単官能チオール化合物;両末端メルカプト変性ポリシロキサン等の2官能チオール化合物;側鎖がメルカプト変性された側鎖多官能メルカプト変性ポリシロキサン等が挙げられる。連鎖移動剤の含有割合は、モノマー組成物中の全モノマー100重量部に対して、好ましくは0.1重量部~15重量部、より好ましくは0.5重量部~10重量部である。
【0043】
1つの実施形態においては、上記モノマー組成物を重合した後、得られた重合体Xに上記アクリレート基を有する化合物(x)を付加する。アクリレート基を有する化合物(x)を付加する方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。例えば、重合禁止剤および触媒の存在下で、アクリレート基を有する化合物を、側鎖に酸基を有する構成単位(I)の酸基の一部に反応させて付加することにより、側鎖にアクリレート基を有する構成単位(X)を形成させることができる。
【0044】
重合禁止剤としては、例えば、6-tert-ブチル-2,4-キシレノール等のアルキルフェノール化合物が挙げられる。触媒としては、例えば、ジメチルベンジルアミン、トリエチルアミン等の3級アミンが挙げられる。
【0045】
上記アルカリ可溶性樹脂を溶液重合法により重合する際の重合温度は、好ましくは40℃~150℃であり、より好ましくは60℃~130℃である。
【0046】
C.多官能モノマー
本発明の感光性樹脂組成物は、多官能モノマーを含み得る。多官能モノマーとしては、例えば、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレート、ジアリルベンゼンホスホネート等の多官能芳香族ビニル系モノマー;(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、トリメチロールプロパンジ(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、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ジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(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、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、トリペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート類;これらのモノマーをカプロラクトン変性またはアルキレンオキサイド変性した多官能モノマー等が挙げられる。なかでも好ましくは、ジ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、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリ(メタ)アクリレート等が好ましい。これらの多官能モノマーを用いれば、官能基数が多いので架橋密度の高い成形体を得ることができる。
【0047】
上記多官能モノマーの含有割合は、感光性樹脂組成物中のアルカリ可溶性樹脂100重量部に対して、好ましくは5重量部~400重量部であり、より好ましくは10重量部~300重量部であり、さらに好ましくは40重量部~200重量部であり、特に好ましくは80重量部~200重量部である。
【0048】
D.光重合開始剤
上記光重合開始剤としては、任意の適切な光重合開始剤が用いられ得る。代表的には、ラジカル光重合開始剤が用いられる。光重合開始剤としては、例えば、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等のベンゾインとそのアルキルエーテル類;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、1,1-ジクロロアセトフェノン等のアセトフェノン類;2-メチルアントラキノン、2-アミルアントラキノン、2-t-ブチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン等のアントラキノン類;2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントン、2-クロロチオキサントン等のチオキサントン類;アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタール等のケタール類;ベンゾフェノン等のベンゾフェノン類;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)-ブタノン-1等のα―アミノケトン類;2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシー2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]-フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン等のα―ヒドロキシケトン類;1,2-オクタンジオン、1-[4-(フェニルチオ)-,2-,(O-ベンゾイルオキシム)]、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-(O-アセチルオキシム)、IRGACUREOXE03、IRGACUREOXE04(BASF製)等のオキシム・エステル類;アシルホスフィンオキサイド類およびキサントン類等が挙げられる。これらの光重合開始剤は単独で、または2種類以上組み合わせて用いてもよい。
【0049】
上記光重合開始剤の含有割合は、感光性樹脂組成物中のアルカリ可溶性樹脂100重量部に対して、好ましくは1重量部~50重量部であり、より好ましくは3重量部~40重量部である。
【0050】
また、光重合開始剤に加えて光重合開始助剤を組み合わせて用いてもよい。光重合開始助剤を複数の組み合わせで用いることもできる。光重合開始助剤の具体例としては、1,3,5-トリス(3-メルカプトプロピオニルオキシエチル)-イソシアヌレート、1,3,5-トリス(3-メルカプトブチルオキシエチル)-イソシアヌレート(昭和電工社製、カレンズMT(登録商標)NR1)、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等の3官能チオール化合物;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)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)(昭和電工社製、カレンズMT(登録商標)PE1)等の4官能チオール化合物;ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-プロピオネート)等の6官能チオール化合物等の多官能チオールが挙げられる。
【0051】
E.溶剤
本発明の感光性樹脂組成物は、任意の適切な溶剤を含み得る。溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、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のエステル類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、エチ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メチルエーテル等のアルコール類;トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。溶剤の量は、所望とする感光性樹脂組成物の粘度に応じて、任意の適切な量に設定され得る。例えば、溶剤は、感光性樹脂組成物中、50重量%~90重量%の割合で含まれることが好ましく、60重量%~90重量%の割合で含まれることがより好ましい。
【0052】
F.添加剤
本発明の感光性樹脂組成物は、必要に応じて、任意の適切なその他の添加剤をさらに含み得る。その他の添加剤としては、例えば、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、硫酸バリウム等の充填材、消泡剤、カップリング剤、レベリング剤、増感剤、離型剤、滑剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、重合抑制剤、増粘剤、有機微粒子、無機微粒子(酸化亜鉛系、酸化ケイ素系、ジルコニア系、チタン系)、シリカ等の多孔質微粒子、シリカ等の中空微粒子等が挙げられる。また、側鎖にアクリレート基を有する構成単位を含むアルカリ可溶性樹脂以外のその他樹脂を含んでいてもよい。その他の樹脂を含む場合、上記アルカリ可溶性樹脂の含有割合は、樹脂の総重量100重量部に対して、好ましくは30重量部以上であり、より好ましくは50重量部以上であり、さらに好ましくは65重量部以上であり、特に好ましくは65重量部以上100重量部未満である。
【0053】
G.成形体の製造方法
本発明の成形体の製造方法は、上記感光性樹脂組成物を塗布して塗布層を形成し、当該塗布層を硬化させ、加熱することを含む。当該加熱時の加熱温度は200℃以下である。
【0054】
上記成形体は、硬化物であり得る。当該硬化物は、硬化膜であり得る。
【0055】
1つの実施形態においては、上記成形体は、フォトリソグラフィにより形成することができる。具体的には、上記塗布層上にフォトマスクを配置して露光して塗布層を硬化させ、その後、現像し、さらに得られた前駆成形体を加熱(ポストベーク)することにより、成形体を形成することができる。フォトリソグラフィによれば、微細なパターンにて成形体(例えば、カラーフィルター)を形成することができる。
【0056】
1つの実施形態においては、基材上に感光性樹脂組成物の塗布層を形成する。上記基材としては、任意の適切な樹脂から構成される基材が用いられ得る。基材を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン-ビニルアルコール共重合体、エチレン-メタクリル酸共重合体、ポリアミド系樹脂、セルロース、シリコーン系樹脂等が挙げられる。1つの実施形態においては、基材を構成する樹脂のガラス転移温度は、100℃以下である。
【0057】
上記感光性樹脂組成物の塗布方法としては、例えば、スピンコーター、バーコーター、グラビアコーター、ロールコーター、ナイフコーター、アプリケーター等を用いる方法が挙げられる。乾燥温度は、好ましくは40℃~200℃であり、より好ましくは70℃~120℃である。乾燥時間は、好ましくは1分間~30分間であり、より好ましくは2分間~10分間である。
【0058】
上記フォトマスクの配置位置は、所望とする成形体(例えば、カラーフィルター)のサイズに応じて、任意の適切な位置に配置される。フォトマスクは塗膜の上部に配置され、塗膜とフォトマスクとの距離は、好ましくは0μm~500μmであり、より好ましく10μm~400μmであり、さらに好ましくは20μm~300μmであり、特に好ましくは30μm~200μmである。
【0059】
上記露光時のUV照射強度(365nm照度換算)は、好ましくは10mJ/cm2~200mJ/cm2であり、より好ましくは20mJ/cm2~150mJ/cm2であり、さらに好ましくは30mJ/cm2~100mJ/cm2である。
【0060】
上記現像に際しては、アルカリ水溶液を用いることが好ましい。環境への負荷が少なく高感度の現像を行うことができるからである。アルカリ成分としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等が用いられる。アルカリ水溶液のアルカリ濃度は、好ましくは0.01重量%~5重量%であり、より好ましくは0.02重量%~3重量%であり、さらに好ましくは0.03重量%~1重量%である。このような範囲であれば、上記感光性樹脂組成物を適切に溶解して、現像性よく成形体を形成することができる。アルカリ水溶液には界面活性剤をさらに添加してもよい。
【0061】
ポストベーク時の加熱温度は、好ましくは90℃~200℃である、より好ましくは100℃~180℃であり、さらに好ましくは100℃~150℃である。加熱時間は、好ましくは10分~90分であり、より好ましくは20分~60分である。上記感光性樹脂組成物を用い、ポストベーク工程を経ることにより、テーパー形状の成形体を得ることができる。
【0062】
上記硬化膜の厚みは、例えば、1μm~500μmである。
【0063】
上記硬化膜の波長400nm~700nmの光の透過率は、好ましくは90%以上であり、より好ましくは95%以上である。硬化膜の波長400nm~700nmの光の透過率の上限は例えば、99%以上である。本発明においては、着色しやすい(黄変しやすい)樹脂を用いずに硬化膜を形成することができるため、光透過率が高い硬化膜を得ることができる。このような硬化膜を形成し得る感光性樹脂組成物は、色材を含まないフォトスペーサー、オーバーコート、ハードコート、保護膜、レンズ、封止剤等の用途で好適に用いることができる。
【0064】
上記硬化膜の色相b値は、好ましくは3以下であり、より好ましくは2以下であり、さらに好ましくは1.5以下であり、特に好ましくは1以下である。当該色相b値の下限値は、好ましくは0.5であり、より好ましくは0.2であり、最も好ましくは0である。なお、色相b値は、ハンターのLab表色系におけるb値を意味する。
【0065】
1つの実施形態においては、上記硬化膜を含む表示装置が提供される。表示装置に適用される硬化膜は、例えば、カラーフィルター、フォトスペーサー、オーバーコート、ブラックマトリックス、ブラックカラムスペーサー等であり得る。
【実施例0066】
以下に、実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。製造例および実施例における各特性値の測定方法は以下のとおりである。
【0067】
(1)重量平均分子量:Mw
GPC(HLC-8220GPC、東ソー社製)にてTHFを溶離液とし、カラムにTSKgel SuperHZM-N(東ソー社製)を用いて測定し、標準ポリスチレン換算にて算出した。
(2)固形分
製造例で調製した共重合体溶液をアルミカップに約0.3gはかり取り、アセトン約1gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させた。その後、熱風乾燥機(商品名:PHH-101、エスペック社製)を用い、140℃で3時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、重量を測定した。その重量減少量から、ポリマー溶液の固形分(樹脂)の重量を計算した。
(3)酸価
製造例で調製した共重合体溶液を1.5g精秤し、アセトン90gと水10gの混合溶媒に溶解させ、0.1NのKOH水溶液で滴定した。滴定は、自動滴定装置(商品名:COM-555、平沼産業社製)を用いて行い、固形分濃度から、ポリマー1g当たりの酸価を求めた(mgKOH/g)。
(4)二重結合当量
下記計算式にて算出した。
二重結合当量(g/eq)=アルカリ可溶性樹脂(アクリレート基を有する化合物を付加した後の重合体)に使用したモノマー総量(g)/付加したアクリレート基を有する化合物のmol
(5)Tg
本実施例では各重合体のガラス転移温度を計算により算出した。計算方法は下記FOX式に準拠する。
1/Tg=w1/Tg1+w2/Tg2+・・・
Tg:共重合体Tg
w1、w2、・・・:共重合体に占める単量体1、2、・・・の重量分率
Tg1、Tg2、・・・:共重合体を構成する単量体1、2、・・・のホモポリマーTg
【0068】
[製造例1]共重合体溶液(A-1)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、(α-アリルオキシメチル)アクリル酸メチル(AOMA)15g、メタクリル酸(MAA)20g、アクリル酸イソノニル(AIN)65g、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(商品名「パーブチル(登録商標)O」、日本油脂社製、以下PBOともいう)2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、ドデシルメルカプタン(nDM)2.0g、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)18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、メタクリル酸グリシジル(GMA)10g、重合禁止剤として6-tert-ブチル-2,4-キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.04g、触媒としてジメチルベンジルアミン(DMBA)0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.5重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-1)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は10000、酸価は90mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
【0069】
[製造例2]共重合体溶液(A-2)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA20g、メタクリル酸ラウリル(LMA)65g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.6重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-2)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は11000、酸価は91mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0070】
[製造例3]共重合体溶液(A-3)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA20g、アクリル酸2-エチルヘキシル(2EHA)65g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.4重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-3)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9500、酸価は89mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0071】
[製造例4]共重合体溶液(A-4)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA20g、アクリル酸ブチル(BA)65g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.2重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-4)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9200、酸価は88mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0072】
[製造例5]共重合体溶液(A-5)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA5g、MAA20g、BA75g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.2重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-5)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9200、酸価は88mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0073】
[製造例6]共重合体溶液(A-6)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA10g、MAA20g、アクリル酸ステアリル(STA)70g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.8重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-6)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9300、酸価は90mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0074】
[製造例7]共重合体溶液(A-7)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA25g、2EHA60g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA3g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で5時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂35.0重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-7)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9500、酸価は147mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0075】
[製造例8]共重合体溶液(A-8)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA28g、2EHA57g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA33g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂41.5重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-8)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は18000、酸価は50mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0076】
[製造例9]共重合体溶液(A-9)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA25g、MAA20g、2EHA55g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM4.5g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.2重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-9)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は5000、酸価は89mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0077】
[製造例10]共重合体溶液(A-10)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、MAA20g、BA65g、メタクリル酸メチル(MMA)15g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.1重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-10)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9800、酸価は92mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0078】
[製造例11]共重合体溶液(A-11)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA20g、2EHA35g、MMA30g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.5重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-11)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は10100、酸価は89mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0079】
[製造例12]共重合体溶液(A-12)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA20g、メタクリル酸シクロヘキシル(CHMA)65g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA168gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.3重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-12)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は10400、酸価は92mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、Tg、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
【0080】
【0081】
[実施例1]
アルカリ可溶性樹脂として上記共重合体溶液(A-1)1.76g(すなわち、樹脂0.66g)、多官能モノマーとしてDPHA1.30g、および光重合開始剤として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(商品名「IRGACURE(登録商標)907」、BASFジャパン社製、以下Irg907と表す)0.04gを加え、不揮発分濃度が20重量%となるようにPGMEAで希釈し、感光性樹脂組成物B1を調製した。
【0082】
[実施例2~9、比較例1~3]
アルカリ可溶性樹脂(共重合体溶液)を、表2に示す樹脂としたこと以外は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物B2~B12を得た。
【0083】
<評価>
上記感光性樹脂組成物を下記の評価に供した。結果を表2に示す。
【0084】
10cm角のガラス基板上に、上記樹脂組成物をスピンコーターで得られる硬化物の高さが5μmになるよう塗布し、オーブンで90℃3分間乾燥した。乾燥後、塗布膜から50μmの距離にフォトマスク(10μmφ)を配置して2.0kWの超高圧水銀ランプを装着したUVアライナ(TME-150RNS、TOPCON社製)によって50mJ/cm2の強度(365nm照度換算)で紫外線を照射した。紫外線照射後、塗布膜に0.05%の水酸化カリウム水溶液をスピン現像機にて散布し、未露光部を溶解、除去し、残った露光部を純水で10秒間水洗することにより現像した。
当該操作により、感光性樹脂組成物B1~12について、下記(a)~(d)の評価を行った。結果を表2に示す。
(a)現像速度
現像した際、パターンが形成可能な最短時間を現像速度とした。
(b)現像残渣
現像速度+10秒現像を実施し、レジストのとけ残りの有無を評価した。
(c)圧縮率
得られた硬化物について、微小圧縮試験機(HM2000、フィッシャー・インストルメンツ社製)を用い、100μm角の平面圧子により、負荷速度および徐荷速度をともに4.7mN/秒として、80mNまでの荷重を負荷して、負荷時の荷重-変形量曲線を作成した。このとき、負荷時の荷重80mNでの変形量をL1とし下記式により、圧縮率・弾性回復率を算出した。
圧縮率(%)=L1×100/硬化物高さ(5.0μm)
(d)破壊強度
得られた硬化物について、微小圧縮試験機(HM2000、フィッシャー・インストルメンツ社製)を用い、100μm角の平面圧子により、負荷速度および徐荷速度をともに4.7mN/秒として、300mNまでの荷重を負荷し、スペーサーが破壊されるときの荷重を荷重-変形量曲線から読み取った。
【0085】
(e)透過率
5cm角のガラス基板上に、上記感光性樹脂組成物B1~12をスピンコーターにより塗布し、オーブンで80℃3分間乾燥した。乾燥後、2.0kWの超高圧水銀ランプを装着したUVアライナ(商品名「TME-150RNS」、TOPCON社製)によって1J/cm2の強度(365nm照度換算)で紫外線を照射した。紫外線照射後、230℃で0.5時間アフターキュアーを行い完全に硬化させ、厚み10μmの硬化膜を得た。
ガラス基板をブランクとして用い、塗膜の透過率を分光光度計UV3100(島津製作所社製)で測定し、400nm~700nmの透過率を求めた。
400~700nmの透過率が99%以上を〇(優)、99-90%を△(良)、90%未満を×(不可)とした。
【0086】