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(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】P2025153605
(43)【公開日】2025-10-10
(54)【発明の名称】遮光膜付き基板の製造方法
(51)【国際特許分類】
   G03F 7/004 20060101AFI20251002BHJP
   G03F 7/027 20060101ALI20251002BHJP
   G06F 3/041 20060101ALI20251002BHJP
   G03F 7/20 20060101ALI20251002BHJP
【FI】
G03F7/004 505
G03F7/004 501
G03F7/027 512
G06F3/041 495
G06F3/041 660
G06F3/041 490
G03F7/20 501
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024056161
(22)【出願日】2024-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000006644
【氏名又は名称】日鉄ケミカル&マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100132230
【弁理士】
【氏名又は名称】佐々木 一也
(74)【代理人】
【識別番号】100088203
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 英一
(74)【代理人】
【識別番号】100100192
【弁理士】
【氏名又は名称】原 克己
(74)【代理人】
【識別番号】100198269
【弁理士】
【氏名又は名称】久本 秀治
(74)【代理人】
【氏名又は名称】佐々木 夏詩子
(72)【発明者】
【氏名】大嶋 寛之
【テーマコード(参考)】
2H197
2H225
【Fターム(参考)】
2H197CA03
2H197CE01
2H197HA05
2H225AC36
2H225AC44
2H225AC46
2H225AC58
2H225AC72
2H225AD06
2H225AE06P
2H225AN39P
2H225AN57P
2H225AP03P
2H225AP08P
2H225AP11P
2H225BA01P
2H225CA14
2H225CA18
2H225CB02
2H225CB07
2H225CC01
2H225CC13
(57)【要約】
【課題】遮光膜の透明基板側の面とその反対側の面との両面の反射率が抑制された遮光膜付き基板の製造方法を提供する。
【解決手段】透明基板上に、反射防止層用樹脂組成物層を形成する工程と、その上に遮光成分(D)、光重合開始剤(E)及びアルカリ可溶性樹脂(B)を含有する遮光層用樹脂組成物層を形成する工程と、これらの層に一括で露光処理及び現像処理を施し、加熱硬化処理を施して、反射防止層及び遮光層からなる遮光膜を形成する工程とを含み、反射防止層用樹脂組成物層が(1)~(3)を具備する遮光膜付き基板の製造方法である。
(1)屈折率が1.2~1.8であって平均粒子径が10nm以上125nm未満の無機フィラー(A)と、アルカリ可溶性樹脂(B)とを含有し、(A)は固形分中に10~80質量%で含有されること。
(2)平均厚さが0.01~0.4μmであること。
(3)平均厚さを1.2μmとしたものをPGMEA中に5秒間浸漬させた際の残膜率が10~90%であること。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
透明基板上に、反射防止層と遮光層とからなる遮光膜を備えた遮光膜付き基板を製造する方法であって、
透明基板上に、反射防止層用樹脂組成物層を形成する工程と、
前記反射防止層用樹脂組成物層上に、遮光成分(D)、光重合開始剤(E)及びアルカリ可溶性樹脂(B)を含有する遮光層用樹脂組成物層を形成する工程と、
前記反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層に一括で露光処理を施した後、一括で現像処理を施し、さらに、加熱硬化処理を施して、反射防止層及び遮光層からなる遮光膜を形成する工程とを含み、
前記反射防止層用樹脂組成物層が、次の(1)~(3)を具備するようにすることを特徴とする遮光膜付き基板の製造方法。
(1)屈折率が1.2~1.8であって平均粒子径が10nm以上125nm未満の無機フィラー(A)と、アルカリ可溶性樹脂(B)とを含有し、前記無機フィラー(A)は固形分中に10~80質量%で含有されること。
(2)平均厚さが0.01~0.4μmであること。
(3)平均厚さを1.2μmとしたもの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中に5秒間浸漬させた際の残膜率が10~90%であること。
【請求項2】
前記遮光層は、有機黒色顔料、無機黒色顔料及び混色擬似黒色顔料からなる群から選択される少なくとも1種の前記遮光成分(D)と、アルカリ可溶性樹脂(B)とを含有し、平均厚さが0.1~30μmにすることを特徴とする請求項1に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
【請求項3】
前記反射防止層用樹脂組成物層は、光重合性モノマー及び/又はエポキシ化合物(C)を含有することを特徴とする請求項1に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
【請求項4】
前記無機フィラー(A)の平均粒子径が、30nm以上125nm未満であることを特徴とする請求項1に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
【請求項5】
前記反射防止層用樹脂組成物層の平均厚さが0.01~0.2μmであることを特徴とする請求項1に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
【請求項6】
前記無機フィラー(A)は、前記固形分中に30~80質量%であるようにすることを特徴とする請求項1に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
【請求項7】
前記アルカリ可溶性樹脂は、下記一般式(II)で表される不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
【化1】
〔式(II)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1~5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、Aは、-CO-、-SO-、-C(CF-、-Si(CH-、-CH-、-C(CH-、-O-、フルオレン-9,9-ジイル基又は直結合を表し、Xは4価のカルボン酸残基を表し、Y及びYは、それぞれ独立して水素原子又は-OC-Z-(COOH)m(但し、Zは2価又は3価カルボン酸残基を表し、mは1~2の数を表す)を表し、nは1~20の整数を表す。〕
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、遮光膜付き基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、モバイル端末の発達により、屋外や車載にて使用する、タッチパネルまたは液晶パネル等を有する表示装置が増加している。表示装置において、タッチパネル外枠には背面の液晶パネル周辺部の光漏れを遮光するために遮光膜が設けられ、液晶パネルには黒色表示時に画面から光が漏れるのを抑制するため、および隣接し合うカラーレジストどうしの混色を抑制するための遮光膜(ブラックマトリックス)が設けられている。このような遮光膜としては、黒色顔料等の遮光成分を含有する感光性樹脂組成物を用いて透明基板上に形成されたものが知られているが、遮光膜が表面に配置された透明基板を備える表示装置においては、透明基板側から入射した光が遮光膜の表面(透明基板との界面)で反射するため、周囲に置かれている物等が画面に映り込むという問題があった。
【0003】
そこで、このような映り込み等の問題を解決するために、透明基材の上に光学干渉膜として、例えば2層以上の多層膜を形成する等して、透明基板側からの低反射を実現する試みがなされてきた。
【0004】
例えば、特許文献1には、透明基板と遮光層とを備える表示パネル用基板において、透明基板上に遮光層として光学濃度が異なる2種類の遮光層を設け、かつ、透明基板と光学濃度が高い遮光層との間に前記光学濃度が高い遮光層よりも光学濃度が低い遮光層を配置することによって、遮光層表面での光の反射が抑制されることが記載されている。
【0005】
また、特許文献2には、透明基板とブラックマトリックスとを備える表示装置用基板において、透明基板上にブラックマトリックスとして実効的な光学濃度が特定の範囲内にある反射率低減層と遮光層とを積層して設けることによって、ブラックマトリックス表面での光の反射が抑制されることが記載されている。
【0006】
また、特許文献3には、透明支持体上に遮光材を有するカラーフィルタ及び液晶表示装置において、遮光材が、特定の光学濃度を有し、2層以上により構成されており、前記支持体に接する第1層にシリカ及び/又は樹脂粒子が含有し、また、透明支持体(透明ガラス基板)側からの入射光に対して特定波長の相対反射率が低いといった特徴を有することが記載されている。
【0007】
また、特許文献4には、透明基板上に遮光材を有する遮光材付き基板において、遮光材が、シリカ微粒子を含有し、当該微粒子の濃度が厚み方向で異なるようにすること等によって、生産性と低反射性を実現できることが記載されている。
【0008】
また、特許文献5には、透明基板及び遮光膜を備える表示装置用基板において、透明基板上に遮光膜として反射防止層と遮光層とからなり、前記反射防止層と前記遮光層との界面における前記反射防止層の表面粗さが特定の範囲にある遮光膜を設けることによって、遮光膜表面での光の反射を効果的に抑制できることが記載されている。
【0009】
さらに、特許文献6には、ガラスなどの支持体上に、着色硬化膜と透明硬化膜とを含む情報表示装置用硬化膜を有する情報表示装置において、着色硬化膜の光学濃度、屈折率及び膜厚と、透明硬化膜の膜厚及び屈折率とを所定の範囲に調整することで、高遮光と低反射とを同時に満たすようにすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】国際公開第2010/070929号
【特許文献2】国際公開第2014/178149号
【特許文献3】特許第6241153号公報
【特許文献4】特許第6354840号公報
【特許文献5】特開2020-098334号公報
【特許文献6】特開2023-024297号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ところで、このような従来技術によって透明基板(支持体)側の界面における光の反射や前記写り込みを抑制することはできるものの、本願の発明者らによる検討によれば、その反対側の遮光膜面における反射率を下げるといった課題があることが分かってきた。すなわち、透明基板(支持体)側からの入射光が、透明基板(支持体)と遮光層の界面で反射したり、或いは装置の内部配線で反射した反射光が、透明基板(支持体)側とは反対側の遮光層面で反射したりする外光反射により視認性低下の不具合が生じることが懸念された。そのため、遮光層の両側の面、つまり、遮光層の透明基板側の面とその反対側の面との両面における反射率の抑制が新たに課題となることが判明した。この点、遮光層の当該反対側の面における反射率を抑制するためには、例えば、遮光層中にシリカ微粒子などの無機フィラーを配合する方法等が挙げられるが、このような無機フィラーの配合は、遮光層中の遮光成分(例えば、カーボンブラック)の種類や量などとの関係によっては、相溶性の調整が必要となったり、凝集が生じやすくなったりする傾向もあって、遮光膜の安定性が十分ではないことも確認されてきており、とくに高遮光を求める場合においては、高遮光と低反射とを両立する際の弊害となる場合があることも懸念された。
【0012】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、遮光層の形成においてシリカ微粒子などの無機フィラーの含有を必須とすることなく、安定性がよく、遮光膜として形成した際の透明基板側の面とその反対側の面との両面における反射率が抑制された遮光膜付き基板を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
〔1〕透明基板上に、反射防止層と遮光層とからなる遮光膜を備えた遮光膜付き基板を製造する方法であって、
透明基板上に、反射防止層用樹脂組成物層を形成する工程と、
前記反射防止層用樹脂組成物層上に、遮光成分(D)、光重合開始剤(E)及びアルカリ可溶性樹脂(B)を含有する遮光層用樹脂組成物層を形成する工程と、
前記反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層に一括で露光処理を施した後、一括で現像処理を施し、さらに、加熱硬化処理を施して、反射防止層及び遮光層からなる遮光膜を形成する工程とを含み、
前記反射防止層用樹脂組成物層が、次の(1)~(3)を具備するようにすることを特徴とする遮光膜付き基板の製造方法。
(1)屈折率が1.2~1.8であって平均粒子径が10nm以上125nm未満の無機フィラー(A)と、アルカリ可溶性樹脂(B)とを含有し、前記無機フィラー(A)は固形分中に10~80質量%で含有されること。
(2)平均厚さが0.01~0.4μmであること。
(3)平均厚さを1.2μmとしたもの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中に5秒間浸漬させた際の残膜率が10~90%であること。
〔2〕前記遮光層は、有機黒色顔料、無機黒色顔料及び混色擬似黒色顔料からなる群から選択される少なくとも1種の前記遮光成分(D)と、アルカリ可溶性樹脂(B)とを含有し、平均厚さが0.1~30μmにすることを特徴とする〔1〕に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
〔3〕前記反射防止層用樹脂組成物層は、光重合性モノマー及び/又はエポキシ化合物(C)を含有することを特徴とする〔1〕に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
〔4〕前記無機フィラー(A)の平均粒子径が、30nm以上125nm未満であることを特徴とする〔1〕に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
〔5〕前記反射防止層用樹脂組成物層の平均厚さが0.01~0.2μmであることを特徴とする〔1〕に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
〔6〕前記無機フィラー(A)は、前記固形分中に30~80質量%であるようにすることを特徴とする〔1〕に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
〔7〕前記アルカリ可溶性樹脂は、下記一般式(II)で表される不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂であることを特徴とする〔1〕に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
【化1】
〔式(II)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1~5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、Aは、-CO-、-SO-、-C(CF-、-Si(CH-、-CH-、-C(CH-、-O-、フルオレン-9,9-ジイル基又は直結合を表し、Xは4価のカルボン酸残基を表し、Y及びYは、それぞれ独立して水素原子又は-OC-Z-(COOH)m(但し、Zは2価又は3価カルボン酸残基を表し、mは1~2の数を表す)を表し、nは1~20の整数を表す。〕
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、遮光層の形成においてシリカ微粒子などの無機フィラーの含有を必須とすることなく、安定性がよく、遮光膜として形成した際の透明基板側の面とその反対側の面との両面における反射率が抑制された遮光膜付き基板を製造することができる。このような方法で得られた遮光膜付き基板は、カラーフィルターやタッチパネルに用いるブラックマトリクスや、あるいは、有機EL素子に代表される電界発光装置、カラー液晶表示装置若しくはイメージセンサー等の各種の多色表示体における各色分画用又は遮光用の隔壁材や画素定義層、さらにはディスプレイの表示部分を囲むベゼル等のディスプレイ構成要素に使用することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0016】
本発明の遮光膜付き基板の製造方法について説明する。
本発明の遮光膜付き基板の製造方法は、透明基板上に、反射防止層と遮光層とからなる遮光膜を備えた遮光膜付き基板を製造する方法であって、
透明基板上に、反射防止層用樹脂組成物層を形成する工程と、
前記反射防止層用樹脂組成物層上に、遮光成分(D)、光重合開始剤(E)及びアルカリ可溶性樹脂(B)を含有する遮光層用樹脂組成物層を形成する工程と、
前記反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層に一括で露光処理を施した後、一括で現像処理を施し、さらに、加熱硬化処理を施して、反射防止層及び遮光層からなる遮光膜を形成する工程とを含み、前記反射防止層用樹脂組成物層が、次の(1)~(3)を具備するようにすることを特徴とする。
(1)屈折率が1.2~1.8であって平均粒子径が10nm以上125nm未満の無機フィラー(A)と、アルカリ可溶性樹脂(B)とを含有し、前記無機フィラー(A)は固形分中に10~80質量%で含有されること。
(2)平均厚さが0.01~0.4μmであること。
(3)平均厚さを1.2μmとしたもの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中に5秒間浸漬させた際の残膜率が10~90%であること。
【0017】
1.反射防止層用樹脂組成物層を形成する工程
本発明においては、先ず、透明基板上に、反射防止層用樹脂組成物層を形成する工程を有する。ここで、透明基板としては特に制限はなく、例えば、ガラス基板、透明樹脂フィルム(PETフィルム、PENフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム等)をはじめ、公知の表示装置に用いられる透明基板が挙げられる。
【0018】
反射防止層用樹脂組成物層を形成するに際しては、反射防止層用樹脂組成物を用いる。反射防止層用樹脂組成物としては、前記(1)のとおり、屈折率が1.2~1.8であって平均粒子径が10nm以上125nm未満の無機フィラー(A)と、アルカリ可溶性樹脂(B)とを含有する。
【0019】
<無機フィラー(A)>
無機フィラー(A)は、屈折率が1.2~1.8のものである。このような屈折率を有する無機フィラー(A)は、後述する遮光成分(D)の屈折率より小さい屈折率を有するものであることが好ましい。このような屈折率を有する無機フィラー(A)を用いることにより、遮光膜として形成した際に、遮光膜の反射率が低減され、遮光膜での光の反射が抑制されるため、好ましい。無機フィラー(A)の好ましい屈折率は1.3~1.6であり、より好ましい屈折率は1.4~1.5である。
【0020】
このような屈折率を有する無機フィラー(A)としては制限されないが、例えば、シリカ(屈折率:1.46)、フッ化マグネシウム(屈折率:1.38)、フッ化リチウム(屈折率:1.39)、フッ化カルシウム(屈折率:1.40)等が挙げられる。その中でも、シリカ(屈折率:1.46)が特に好ましい。また、このような無機フィラー(A)(特に、シリカ)は、有機溶剤中で分散可能なように製造又は表面処理されていることが好ましい。このような有機溶剤中で分散可能なように製造又は表面処理されたシリカとしては、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、オルガノシリカゾルが挙げられ、例えば、日産化学株式会社製のオルガノシリカゾル、株式会社アドマテックス製のアドマファイン及びアドマナノ、扶桑化学工業株式会社製コロイダルシリカ、オルガノシリカゾル及びシリカナノパウダー、日本アエロジル株式会社製ヒュームドシリカ等の商品名で販売されているもののうち有機溶剤に分散可能なものを用いることができる。
【0021】
また、無機フィラー(A)は、平均粒子径が10nm以上125nm未満とする。このような平均粒子径を有する無機フィラー(A)を用いることにより、遮光膜として形成した際に、遮光層の透明基板側の面とその反対側の面との両面における反射率を抑制することができる。また、後述の残膜率を所定の範囲にすることができる。無機フィラー(A)の好ましい平均粒子径は30nm以上125nm未満であり、より好ましい平均粒子径は30nm以上100nm以下であり、さらに好ましい平均粒子径は30~80nmである。無機フィラー(A)の平均粒子径が前記下限未満であると、遮光膜の反射率が高くなる傾向がある。一方で、当該平均粒子径が前記上限超過であると、遮光膜の反射率が高くなるとともに、後述の残膜率が高くなる傾向がある。
なお、無機フィラー(A)の平均粒子径は、動的光散乱法等を利用した粒度分布測定により求めることができる。
【0022】
前記無機フィラー(A)の含有量については、反射防止層用樹脂組成物層又はこれを形成する反射防止層用樹脂組成物における固形分中に10~80質量%となるようにする。固形分中における無機フィラー(A)の好ましい含有量は20~80質量%であり、より好ましい含有量は30~80質量%である。当該無機フィラー(A)の含有量が前記下限未満であると、遮光膜の反射率が高くなるとともに、後述の残膜率が低くなる傾向がある。一方で、当該含有量が前記上限超過であると、アルカリ可溶性樹脂(B)成分が減り、透明基板(支持体)上での製膜が困難となる傾向がある。
【0023】
上記(A)成分は溶剤に分散させた遮光成分分散体として他の配合成分と混合するのが通常であり、その際には分散剤を添加することができる。分散剤は、顔料(遮光成分)分散に用いられている公知の化合物(分散剤、分散湿潤剤、分散促進剤等の名称で市販されている化合物等)等を特に制限なく使用することができる。
【0024】
<アルカリ可溶性樹脂(B)>
アルカリ可溶性樹脂(B)としては、アルカリ現像性を付与するための酸価を有し、後述の成分(C)における光重合性モノマーと組み合わせて適正な光硬化性を具備する樹脂である不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂であることがより好ましい。不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂としても、公知のものから限定なく用いることができるが、高耐熱性且つ高精細なパターン形成が可能であることから、以下で説明するものがさらに好ましい。
【0025】
アルカリ可溶性樹脂(B)として好ましく適用できる不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の第一の例としては、エポキシ基を2個以上有する化合物と(メタ)アクリル酸(これは、アクリル酸及び/又はメタクリル酸の意味である。)とを反応させ、得られたヒドロキシ基を有するエポキシ(メタ)アクリレート化合物に、(a)ジカルボン酸又はトリカルボン酸又はその酸一無水物及び/又は(b)テトラカルボン酸又はその酸二無水物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物である。エポキシ(メタ)アクリレート酸付加物へと誘導されるエポキシ基を2個以上有する化合物としては、ビスフェノール型エポキシ化合物やノボラック型エポキシ化合物を例示することができる。具体的には、下記一般式(I)で表されるビスフェノール型エポキシ化合物を好適に挙げることができる。
【0026】
【化2】
【0027】
一般式(I)の式中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1~5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、Aは、-CO-、-SO-、-C(CF-、-Si(CH-、-CH-、-C(CH-、-O-、フルオレン-9,9-ジイル基又は直結合を表す。lは0~10の整数である。好ましいR、R、R、Rは水素原子であり、好ましいAはフルオレン-9,9-ジイル基である。また、lは通常複数の値が混在するため平均値0~10(整数とは限らない)となるが、好ましいlの平均値は0~3である。なお、これ以降、一般式(I)においてl=0の場合を用いて説明する。
【0028】
ビスフェノール型エポキシ化合物は、ビスフェノール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られる2個のグリシジルエーテル基を有するエポキシ化合物であり、この反応の際には一般にジグリシジルエーテル化合物のオリゴマー化を伴うため、ビスフェノール骨格を2つ以上含むエポキシ化合物を含んでいる。
【0029】
この反応に用いられるビスフェノール類としては、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)スルホン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)スルホン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ジメチルシラン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)ジメチルシラン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)ジメチルシラン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)メタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジブロモフェニル)メタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3- クロロフェニル)プロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)エーテル、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)エーテル、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-クロロフェニル)フルオレン、9, 9-ビス(4-ヒドロキシ-3-ブロモフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-フルオロフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メトキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジブロモフェニル)フルオレン、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン、4,4'-ビフェノール、3,3'-ビフェノール等を挙げられる。この中でも、フルオレン-9,9-ジイル基を有するビスフェノール類を特に好ましく用いることができる。
【0030】
また、このようなエポキシ化合物と(メタ)アクリル酸とを反応させて得られたエポキシ(メタ)アクリレートに反応させる(a)ジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物としては、鎖式炭化水素ジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物や脂環式ジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物、芳香族ジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物が使用される。ここで、鎖式炭化水素ジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物としては、例えば、コハク酸、アセチルコハク酸、マレイン酸、アジピン酸、イタコン酸、アゼライン酸、シトラリンゴ酸、マロン酸、グルタル酸、クエン酸、酒石酸、オキソグルタル酸、ピメリン酸、セバシン酸、スベリン酸、ジグリコール酸等の酸一無水物があり、更には任意の置換基が導入されたジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物でもよい。また、脂環式ジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物としては、例えば、シクロブタンジカルボン酸、シクロペンタンジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、クロレンド酸、ヘキサヒドロトリメリット酸、ノルボルナンジカルボン酸等の酸一無水物があり、更には任意の置換基が導入されたジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物でもよい。更に、芳香族ジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物としては、例えばフタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸、1,8-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸等の酸一無水物があり、更には任意の置換基が導入されたジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物でもよい。
【0031】
また、エポキシ(メタ)アクリレートに反応させる(b)テトラカルボン酸の酸二無水物としては、鎖式炭化水素テトラカルボン酸の酸二無水物や脂環式テトラカルボン酸の酸二無水物、又は、芳香族テトラカルボン酸の酸二無水物が使用される。ここで、鎖式炭化水素テトラカルボン酸の酸二無水物としては、例えば、ブタンテトラカルボン酸、ペンタンテトラカルボン酸、ヘキサンテトラカルボン酸等の酸二無水物があり、更には任意の置換基が導入されたテトラカルボン酸の酸二無水物でもよい。また、脂環式テトラカルボン酸の酸二無水物としては、例えば、シクロブタンテトラカルボン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、シクロヘキサンテトラカルボン酸、シクロへプタンテトラカルボン酸、ノルボルナンテトラカルボン酸等の酸二無水物があり、更には任意の置換基の導入されたテトラカルボン酸の酸二無水物でもよい。更に、芳香族テトラカルボン酸の酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸、ナフタレン-2,3,6,7-テトラカルボン酸等の酸二無水物が挙げられ、更には任意の置換基の導入されたテトラカルボン酸の酸二無水物でもよい。
【0032】
エポキシ(メタ)アクリレートに反応させる(a)ジカルボン酸又はトリカルボン酸の酸一無水物と(b)テトラカルボン酸の酸二無水物とのモル比(a)/(b)は、0.01以上10.0以下であることがよく、より好ましくは0.02以上3.0未満であるのがよい。モル比(a)/(b)が前記範囲であれば、良好な光パターニング性を有する感光性樹脂組成物とするための最適分子量が得られやすく、また、アルカリ溶解性が損なわれないため好ましい。
【0033】
エポキシ化合物と(メタ)アクリル酸との反応、およびこの反応で得られたエポキシ(メタ)アクリレートと多塩基カルボン酸またはその酸無水物との反応方法は、特に限定されず、公知の方法を採用することができる。例えば、特開平8-278629号公報や特開2008-9401号公報等に記載の方法により製造することができる。先ず、エポキシ化合物に(メタ)アクリル酸を反応させる方法としては、例えば、エポキシ化合物のエポキシ基と等モルの(メタ)アクリル酸を溶剤中に添加し、触媒(トリエチルベンジルアンモニウムクロライド、2,6-ジイソブチルフェノール等)の存在下、空気を吹き込みながら90~120℃に加熱・攪拌して反応させるという方法がある。次に、反応生成物であるエポキシアクリレート化合物の水酸基に酸無水物を反応させる方法としては、エポキシアクリレート化合物と酸二無水物および酸一無水物の所定量を溶剤中に添加し、触媒(臭化テトラエチルアンモニウム、トリフェニルホスフィン等)の存在下、90~130℃で加熱・攪拌して反応させるという方法がある。この方法で得られたエポキシアクリレート酸付加物は一般式(II)の骨格を有する。
【0034】
【化3】
【0035】
式(II)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1~5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、Aは、-CO-、-SO-、-C(CF-、-Si(CH-、-CH-、-C(CH-、-O-、フルオレン-9,9-ジイル基又は直結合を表し、Xは4価のカルボン酸残基を表し、Y及びYは、それぞれ独立して水素原子又は-OC-Z-(COOH)m(但し、Zは2価又は3価カルボン酸残基を表し、mは1~2の数を表す)を表し、nは1~20の整数を表す。
【0036】
次に、アルカリ可溶性樹脂(B)に好ましく適用できる不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の第二の例としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等の共重合体体であって、(メタ)アクリロイル基およびカルボキシ基を有する樹脂が含まれる。前記樹脂の例には、グリシジル(メタ)アクリレートを含む(メタ)アクリル酸エステル類を溶剤中で共重合させて得られた共重合体に、(メタ)アクリル酸を反応させ、最後にジカルボン酸またはトリカルボン酸の無水物を反応させて得られる不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂が含まれる。前記共重合体は、特開2014-111722号公報に示されている、両端の水酸基を(メタ)アクリル酸でエステル化されたジエステルグリセロールに由来する繰返し単位20~90モル%、およびこれと共重合可能な1種類以上の重合性不飽和化合物に由来する繰返し単位10~80モル%で構成され、数平均分子量(Mn)が2000~20000かつ酸価が35~120mgKOH/gである共重合体、および特開2018-141968号公報に示されている、(メタ)アクリル酸エステル化合物に由来するユニットと、(メタ)アクリロイル基およびジまたはトリカルボン酸残基を有するユニットと、を含む、重量平均分子量(Mw)3000~50000、酸価30~200mg/KOHの重合体である不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂を参考にできる。
【0037】
さらに、アルカリ可溶性樹脂(B)に好ましく適用できる不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の第三の例としては、第一成分として分子中にエチレン性不飽和結合を有するポリオール化合物、第二成分として分子中にカルボキシル基を有するジオール化合物、第三成分としてジイソシアネート化合物を反応させて得られるウレタン化合物を挙げることができる。この系統の樹脂としては特開2017-76071号公報に示されているものを参考にすることができる。
【0038】
また、アルカリ可溶性樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)については、通常2000以上10000以下であることが好ましく、3000以上8000以下であることがより好ましい。重量平均分子量(Mw)が2000に満たないと現像時のパターンの密着性が維持できず、パターン剥がれが生じ易く、また、重量平均分子量(Mw)が10000を超えると現像残渣や未露光部の残膜が残り易くなる。更に、アルカリ可溶性樹脂(B)は、酸価が30~200mgKOH/gの範囲にあることが好ましい。この値が30mgKOH/gより小さいとアルカリ現像がうまくできないか、強アルカリ等の特殊な現像条件が必要となる場合があり、また、200mgKOH/gを超えるとアルカリ現像液の浸透が早くなり過ぎ、剥離現像が起きやすくなるからである。
【0039】
反射防止層用樹脂組成物層を形成する反射防止層用樹脂組成物におけるアルカリ可溶性樹脂(B)の含有量は、固形分中5~90質量%であることが好ましく、8~80質量%であることがより好ましく、10~70質量%であることがさらに好ましい。アルカリ可溶性樹脂(B)の含有量については、後述の(C)成分における光重合性モノマーなどと共に調整することが可能である。
【0040】
<平均厚さ>
また、本発明のおける反射防止層用樹脂組成物層の平均厚さは0.01~0.4μmであるようにする。好ましい平均厚さは0.02~0.3μmであり、より好ましい平均厚さは0.03~0.2μmである。反射防止層用樹脂組成物層の平均厚さが前記下限未満になると、塗膜形成時に欠陥が起きやすくなる傾向がある。一方で、当該平均厚さが前記上限超過であると、反射防止層用樹脂組成物層の厚みが不均一となる傾向があり、ムラや外観異常につながりやすい。なお、反射防止層用樹脂組成物の平均厚さは、触針式段差形状測定装置を用いて反射防止層用樹脂組成物層の表面と透明基板表面との段差を測定し、これを平均することによって求めることができる。
【0041】
<残膜率>
また、本発明における反射防止層用樹脂組成物層については、平均厚さを1.2μmとしたもの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(プロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセテート;PGMEA)中に5秒間浸漬させた際の残膜率(以下、単に「残膜率」と記載することがある。)が10~90%であるようにする。反射防止層用樹脂組成物層の残膜率の好ましい下限は20%以上であり、より好ましい下限は30%以上であり、更に好ましい下限は40%以上であり、さらにより好ましい下限は50%以上である。一方で、反射防止層用樹脂組成物層の残膜率の好ましい上限は85%以下であり、より好ましい上限は80%以下であり、更に好ましい上限は75%以下である。残膜率については、下記式(*)に示されるように、PGMEAに浸漬する前の平均厚さと、浸漬させた後の平均厚さとの比から算出されるものである。
残膜率(%)=100×(浸漬後の平均厚さ)/(浸漬前の平均厚さ) …(*)
【0042】
ここで、残膜率の前記測定方法において、平均厚さを1.2μmとする理由については、平均厚さが小さ過ぎる又は大き過ぎる場合には、測定される残膜率の差が明確になり難い傾向があるからである。また、PGMEA中に浸漬する時間を5秒間とした理由についても同様に、測定される残膜率の差を明確にするためである。また、平均厚みについて、浸漬前の反射防止層用樹脂組成物層については後述のプリベークにより有機溶剤を揮発させ、乾燥されたものを用いる。一方で浸漬後の反射防止層用樹脂組成物層については、例えば真空乾燥装置などを用いて、浸漬に用いられたPGMEAを重量変化が5%程度以下となるまで乾燥させた乾燥膜の平均厚みを測定する。平均厚みの測定は、前述のとおり触針式段差形状測定装置を用いた方法により行われる。なお、測定対象の反射防止層用樹脂組成物層が十分にPGMEAと接触されるように浸漬されることが必要であり、透明基板付きの反射防止層用樹脂組成物層において行われてもよい。使用されるPGMEAについては、通常、主成分が99.5(質量)%以上のものを用いるようにすることが好ましい。
【0043】
本発明においては、反射防止層用樹脂組成物層を前記の残膜率となるように形成することにより、遮光膜として形成した際に、透明基板側の面とその反対側の面との両面における反射率が抑制された遮光膜を得ることができるようになるため、とくに好ましい。反射防止層用樹脂組成物層を前記の残膜率となるように形成することにより、前記の作用効果が得られる機序などについては、必ずしも明らかではないものの、次の理由によるものと推察される。すなわち、このような残膜率を有する反射防止層用樹脂組成物層を形成した後に、この層の上に後述の遮光層用樹脂組成物層を形成していくと、反射防止層用樹脂組成物層が部分的に溶解し、その上層の遮光層用樹脂組成物層に混ざると思われることで、界面付近ではこれらの層が部分的に溶解し、混ざり合いながら層形成されていることが確認されている。そしてその過程において、反射防止層用樹脂組成物層における前記の無機フィラー(A)が遮光層用樹脂組成物層に一部移行して、遮光層用樹脂組成物層の両面に偏在することで、遮光膜として形成した際に、当該遮光膜の透明基板側の面とその反対側の面との両面の反射率を抑制できるようになっているものと推察される。
【0044】
本発明においては、このように反射防止層用樹脂組成物層の残膜率を調整することで、後述の遮光層用樹脂組成物層又はそれにより形成される遮光層において無機フィラー(A)の含有を必須としなくても、遮光膜として形成した際に、透明基板側の面とその反対側の面との両面における反射率が抑制された遮光膜を得ることができるようになる。そのため、とくに後述の遮光層(遮光層用樹脂組成物層)の高遮光化や層の安定性を具備しながらも、当該遮光膜の両面の反射率の抑制が達成できる。
【0045】
反射防止層用樹脂組成物層の前記の残膜率については、少なくとも、次の遮光層用樹脂組成物層を形成するまでに維持されることが好ましい。すなわち、透明基板上に反射防止層用樹脂組成物層を形成する工程を行ってから、次の遮光層用樹脂組成物層を形成する工程までの間に一定の時間を置くような、いわゆる引き置き時間(待ち時間、待機時間、Q-Timeなどと称されることがある。)があったとしても、反射防止層用樹脂組成物層は前記の残膜率を有するように維持することが好ましい方法である。このような引き置き時間については、当該残膜率が維持されるのであれば、設けられても設けられなくても構わない。但し、引き置き時間を設けた場合には、反射防止層用樹脂組成物層の残膜率が変化しないような条件で保持されることが好ましい。例えば、紫外線の照射や、過度な温度又は時間条件の加熱処理などの処理を避けることがより好ましい。
【0046】
本発明において、反射防止層用樹脂組成物層がこのような残膜率を有するようにするためには、限定されないものの、例えば、これを得るための反射防止層用樹脂組成物の前記無機フィラー(A)とアルカリ可溶性樹脂(B)の含有量の調整や、無機フィラーの表面改質をすることや、アルカリ可溶性樹脂の分子量調整や、アルカリ可溶性樹脂中の親水基/疎水基の比率調整などを行うことが挙げることができる。
【0047】
ここで、反射防止層用樹脂組成物層を形成する方法としては、例えば、前記の透明基板上に、反射防止層用樹脂組成物を塗布した後、加熱処理(プリベーク)を施すことによって有機溶剤を除去する方法が挙げられる。つまり、反射防止層用樹脂組成物は、有機溶剤を含んだ溶液の状態で使用されることが好ましい。これにより、均一な反射防止層用樹脂組成物層を形成することができるため好ましい。このような有機溶剤は、反射防止層用樹脂組成物において80~99.9質量%となるように配合されることが好ましい。この際、反射防止層用樹脂組成物のB型又はE型粘度計により測定される粘度が1~4mPa・secとなるように配合されることがより好ましい。
【0048】
反射防止層用樹脂組成物に用いられる有機溶剤としては特に制限はなく、公知のものを使用することができる。例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、3-メトキシ-1-ブタノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、3-ヒドロキシ-2-ブタノン、ジアセトンアルコール等のアルコール類;α-もしくはβ-テルピネオール等のテルペン類等;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、N-メチル-2-ピロリドン等のケトン類;トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ジ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、プロピ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エチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メトキシ-3-ブチルアセテート、3-メトキシ-3-メチル-1-ブチルアセテート、3-メトキシプロピオネート、3-エトキシプロピオネート、セロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエステル類等が挙げられる。有機溶剤は1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
【0049】
前記透明基板に反射防止層用樹脂組成物を塗布する方法としては、例えば、公知の溶液浸漬法、スプレー法のほか、ローラーコーター、ランドコーター、スリットコーター、スピンコーター等を用いる方法が挙げられる。また、プレベークにおける加熱温度及び加熱時間は、使用する有機溶剤の種類等に応じて適宜設定することができ、例えば、加熱温度を60~110℃(前記透明基板の耐熱温度を超えないように設定)に設定し、加熱時間を1~3分間に設定することができる。
【0050】
<反射防止層用樹脂組成物層のその他の成分>
反射防止層用樹脂組成物層においては、前記以外の他の成分を配合させてもよい。例えば、反射防止層用樹脂組成物層を光加工する場合の感度を調整したり、加熱による硬化性を付与したりすることができる。このような特性を調整するために、光重合性モノマー(C-1)及び/又はエポキシ化合物(C-2)からなる(C)成分を含有することが好ましい。
【0051】
[光重合性モノマー(C-1)]
当該光重合性モノマー(C-1)は、前記(B)成分として好ましい実施形態である不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の分子どうしを架橋する役割を果たすことができるものである。光重合性モノマー(C-1)としては、例えば、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、2-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート等の水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル類や、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、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(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テトラ(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、ソルビトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、又はジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ソルビトールヘキサ(メタ)アクリレート、フォスファゼンのアルキレンオキサイド変性ヘキサ(メタ)アクリレート、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)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の多価アルコール類、フェノールノボラック等の多価フェノール類のビニルベンジルエーテル化合物、ジビニルベンゼン等のジビニル化合物類の付加重合体等を挙げることができる。また、(メタ)アクロイル基を有する樹枝状ポリマー等を挙げることができる。(メタ)アクロイル基を有する樹枝状ポリマーとしては、例えば、多官能(メタ)アクリレート化合物の(メタ)アクロイル基の中の炭素-炭素二重結合の一部に多価メルカプト化合物中のチオール基を付加して得られる公知の樹枝状ポリマーを例示することができる。
光重合性モノマー(C-1)は、これらの1種又は2種以上を使用することができる。
【0052】
光重合性モノマー(C-1)は前記のとおりの役割を果たすものであることから、その機能を発揮させるためには不飽和結合(例えば、エチレン性不飽和結合)を2個以上有するものを用いることがより好ましい。また、モノマーの分子量を1分子中の(メタ)アクロイル基の数で除したアクリル当量が50~300であればよい。
【0053】
光重合性モノマー(C-1)の配合量については、アルカリ可溶性樹脂(B)と光重合性モノマー(C-1)との合計100質量部に対して0~50質量部が好ましく、より好ましくは0~40質量部であり、さらに好ましくは0~30質量部である。
【0054】
[光重合開始剤(E)]
反射防止層用樹脂組成物層においては、光重合開始剤(E)が含まれてもよい。光重合開始剤(E)としては、制限は無いが、例えば、アセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、p-ジメチルアセトフェノン、p-ジメチルアミノプロピオフェノン、ジクロロアセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、p-tert-ブチルアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール等のアセトフェノン類;ベンゾフェノン、2-クロロベンゾフェノン、p,p'-ビスジメチルアミノベンゾフェノン、4,4’-ビスジメチルアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、4-フェニルベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4,4’-ジエチルアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類;ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、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等のベンゾインエーテル類;2-(o-クロロフェニル)-4,5-フェニルビイミダゾール、2-(o-クロロフェニル)-4,5-ジ(m-メトキシフェニル)ビイミダゾール、2-(o-フルオロフェニル)-4,5-ジフェニルビイミダゾール、2-(o-メトキシフェニル)-4,5-ジフェニルビイミダゾール、2,4,5-トリアリールビイミダゾール、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2-ビイミダゾール等のビイミダゾール系化合物類;2-トリクロロメチル-5-スチリル-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-(p-シアノスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-(p-メトキシスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール等のハロメチルジアゾール化合物類;2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-メチル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-クロロフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-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)-1,3,5-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)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(3,4,5-トリメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メチルチオスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン等のハロメチル-s-トリアジン系化合物類;1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-,2-(O-ベンゾイルオキシム)、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-ベンゾアート、1-(4-メチルスルファニルフェニル)ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-アセタート、1-(4-メチルスルファニルフェニル)ブタン-1-オンオキシム-O-アセタート、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]-ビシクロヘプチル-1-オンオキシム-O-アセタート、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]-アダマンチルメタン-1-オンオキシム-O-ベンゾアート、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]-アダマンチルメタン-1-オンオキシム-O-アセタート、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]-テトラヒドロフラニルメタン-1-オンオキシム-O-ベンゾアート、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]-テトラヒドロフラニルメタン-1-オンオキシム-O-アセタート、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]-チオフェニルメタン-1-オンオキシム-O-ベンゾアート、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]-チオフェニルメタン-1-オンオキシム-O-アセタート、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]-モロフォニルメタン-1-オンオキシム-O-ベンゾアート、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]-モロフォニルメタン-1-オンオキシム-O-アセタート、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]-エタン-1-オンオキシム-O-ビシクロヘプタンカルボキシレート、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]-エタン-1-オンオキシム-O-トリシクロデカンカルボキシレート、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]-エタン-1-オンオキシム-O-アダマンタンカルボキシレート、1-[4-(フェニルスルファニル)フェニル]オクタン-1,2-ジオン=2-O-ベンゾイルオキシム、1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)カルバゾール-3-イル]エタノン-O-アセチルオキシム、(2-メチルフェニル)(7-ニトロ-9,9-ジプロピル-9H-フルオレン-2-イル)-アセチルオキシム、エタノン,1-[7-(2-メチルベンゾイル)-9,9-ジプロピル-9H-フルオレン-2-イル]-1-(o-アセチルオキシム)、エタノン,1-(-9,9-ジブチル-7-ニトロ-9H-フルオレン-2-イル)-1-O-アセチルオキシム、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)等のO-アシルオキシム系化合物類;チオキサントン、2-クロロチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、4-イソプロピルチオキサントン、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等のイオウ化合物;2-エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、1,2-ベンズアントラキノン、2,3-ジフェニルアントラキノン等のアントラキノン類;アゾビスイソブチルニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、クメンパーオキシド等の有機過酸化物;2-メルカプトベンゾイミダゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、β-メルカプトプロピオン酸、2-エチルヘキシル-3-メルカプトプロピオネート、n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート、メトキシブチル-3-メルカプトプロピオネート、ステアリル-3-メルカプトプロピオネート、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)、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、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)、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)、テトラエチレングリコールビス(3-メルカプトプロピオネート)、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)、3,3’-チオジプロピオン酸、ジチオジプロピオン酸、ラウリルチオプロピオン酸等のチオール化合物などが挙げられる。この中でも、高感度の感光性樹脂組成物を得られやすい観点から、O-アシルオキシム系化合物類を用いることが好ましい。また、これら光重合開始剤(E)を2種類以上使用することもできる。なお、本発明でいう光重合開始剤(E)とは、増感剤を含む意味で使用される。
【0055】
また、それ自体では光重合開始剤や増感剤として作用しないが、上述の化合物と組み合わせて用いることにより、光重合開始剤や増感剤の能力を増大させ得るような化合物を添加してもよい。そのような化合物の例には、ベンゾフェノンと組みわせて使用すると効果のあるアミン系化合物が含まれる。上記アミン系化合物の例には、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、4-ジメチルアミノ安息香酸メチル、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸2-ジメチルアミノエチル、4-ジメチルアミノ安息香酸2-エチルヘキシル、N,N-ジメチルパラトルイジン、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、4,4’-ビス(エチルメチルアミノ)ベンゾフェノンなどが挙げられる。
【0056】
光重合開始剤(E)の配合量については、アルカリ可溶性樹脂(B)と光重合性モノマー(C-1)との合計100質量部に対して0~30質量部が好ましく、より好ましくは0~25質量部である。
【0057】
[エポキシ化合物(C-2)]
エポキシ化合物(C-2)としては、公知のものを制限なく用いることができる。例えば、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールフルオレン型エポキシ化合物、ビスナフトールフルオレン型エポキシ化合物、ジフェニルフルオレン型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物、フェノールアラルキル型エポキシ化合物、ナフタレン骨格を含むフェノールノボラック化合物(例えば、NC-7000L:日本化薬株式会社製)、ビフェニル型エポキシ化合物(例えば、jER YX4000:三菱ケミカル株式会社製)、ナフトールアラルキル型エポキシ化合物、トリスフェノールメタン型エポキシ化合物(例えば、EPPN-501H:日本化薬株式会社製)、テトラキスフェノールエタン型エポキシ化合物、多価アルコールのグリシジルエーテル、多価カルボン酸のグリシジルエステル、メタクリル酸とメタクリル酸グリシジルの共重合体に代表される(メタ)アクリル酸グリシジルをユニットとして含む(メタ)アクリロイル基を有するモノマーの共重合体、水素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル(例えば、リカレジンHBE-100:新日本理化株式会社製)などのグリシジル基を有するエポキシ化合物、1,4-シクロヘキサンジメタノール-ビス3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2-(3,4-エポキシ)シクロヘキシル-5,1-スピロ(3,4-エポキシ)シクロヘキシル-m-ジオキサン(例えば、アラルダイトCY175:ハンツマン社製)、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート(例えば、CYRACURE UVR-6128:ダウ・ケミカル社製)、3’,4’-エポキシシクロヘキシルメチル3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(例えば、セロキサイド2021P:株式会社ダイセル製)、ブタンテトラカルボン酸テトラ(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)修飾ε-カプロラクトン(例えば、エポリードGT401:株式会社ダイセル製)、エポキシシクロヘキシル基を有するエポキシ化合物(例えば、HiREM-1:四国化成工業株式会社製)、ジシクロペンタジエン骨格を有する多官能エポキシ化合物(例えば、HP7200シリーズ:DIC株式会社製)、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物(例えば、EHPE3150:株式会社ダイセル製)などの脂環式エポキシ化合物、エポキシ化ポリブタジエン(例えば、NISSO-PB・JP-100:日本曹達株式会社製)、シリコーン骨格を有するエポキシ化合物等が含まれる。
【0058】
また、前記エポキシ化合物の公知の硬化剤や硬化促進剤も用いることができる。硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化に寄与するアミン系化合物、多価カルボン酸系化合物、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ジシアンジアミド、ルイス酸錯化合物等が含まれる。硬化促進剤の例には、エポキシ樹脂の硬化促進に寄与する三級アミン、四級アンモニウム塩、三級ホスフィン、四級ホスホニウム塩、ホウ酸エステル、ルイス酸、有機金属化合物、イミダゾール類等が含まれる。
【0059】
[上記以外の成分]
また、反射防止層用樹脂組成物層には、必要に応じて、分散剤、前記以外の重合開始剤、連鎖移動剤、非感光性樹脂、酸化防止剤、可塑剤、充填材、カップリング剤、界面活性剤、染料などの各種添加剤を用いることができる。
【0060】
<固形分>
反射防止層用樹脂組成物層を形成する反射防止層用樹脂組成物は、前記の成分を含むものであるが、有機溶剤を除いた固形分(固形分には乾燥又は硬化後に固形分となるモノマーを含む)が0.1~20質量%であることが好ましく、より好ましくは0.5~10質量%であり、さらに好ましくは1~5質量%の範囲となるようにするのがよい。
【0061】
2.遮光層用樹脂組成物層を形成する工程
前記のように、透明基板上に反射防止層用樹脂組成物層を形成した後には、当該反射防止層用樹脂組成物層上に、遮光成分(D)及びアルカリ可溶性樹脂(B)を含有する遮光層用樹脂組成物層を形成する。
【0062】
<アルカリ可溶性樹脂(B)>
ここで、アルカリ可溶性樹脂(B)は、前記と同様のものを用いることができる。遮光層用樹脂組成物層を形成する遮光層用樹脂組成物におけるアルカリ可溶性樹脂(B)の含有量は、固形分中5~90質量%であることが好ましく、8~80質量%であることがより好ましく、10~50質量%であることがさらに好ましい。遮光層用樹脂組成物層におけるアルカリ可溶性樹脂(B)の含有量についても、前述の(C)成分における光重合性モノマー(C-1)などと共に調整することが可能である。遮光層用樹脂組成物層においては、とりわけ後述の遮光成分(D)の含有量に応じて調整されることが好ましい。すなわち、遮光成分(D)の含有量が増えることでアルカリ可溶性樹脂(B)や光重合性モノマー(C-1)などの含有量が少なくなり、硬化性や現像性等に影響する場合があるため、遮光成分(D)の含有量に応じてアルカリ可溶性樹脂(B)や光重合性モノマー(C-1)などの含有量が調整されることが好ましい。
【0063】
<遮光成分(D)>
遮光成分(D)としては、公知の遮光成分を制限なく含むことができるが、有機黒色顔料、無機黒色顔料及び混色擬似黒色顔料からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。ここで、有機黒色顔料としては、例えばペリレンブラック、アニリンブラック、シアニンブラック、ラクタムブラック等が挙げられる。無機黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化クロム、酸化鉄、チタンブラック等を挙げることができる。混色擬似黒色顔料としては、赤、青、緑、紫、黄、シアニン、マゼンタ等から選ばれる2種以上の顔料を混合して擬似黒色化したものが挙げられる。これらの遮光成分(D)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの遮光成分の中でも、遮光性、表面平滑性、分散安定性、樹脂との相溶性が良好であるという観点から、カーボンブラックであることがより好ましい。
【0064】
カーボンブラックとしては、未処理又は酸化処理されたカーボンブラックであることが好ましい。ここで、未処理とは、酸化処理や樹脂被覆処理といった特別な表面処理を施さないことであり、酸化処理とは、分散工程前にカーボンブラックの表面を何らかの酸化剤で処理することである。このような未処理又は酸化処理されたカーボンブラックは、表面に酸性官能基を多く有していることから、それを活用するような場合には未処理又は酸化処理されたカーボンブラックを用いることが好ましい。さらに、カーボンブラックを用いて硬化膜の抵抗値をより高めたい場合には、カーボンブラック表面を染料、顔料、樹脂等で被覆した表面被覆カーボンブラックを用いるようにしてもよい。
【0065】
このような遮光成分(D)を使用する場合については、本発明の目的や用途に応じて適宜設定可能であり、例えば所望の遮光度となるように任意に決めることができる。遮光成分(D)の含有量は、遮光層用樹脂組成物層を形成する遮光層用樹脂組成物の固形分中に10~90質量%が好ましく、20~80質量%がより好ましく、30~70質量%がさらに好ましい。
【0066】
遮光成分(D)は有機溶剤に分散させた分散体として他の配合成分と混合するのが通常であり、その際には分散剤を添加することができる。有機溶剤は、前記で挙げたものを用いることができる。また、分散剤は、有機顔料または無機顔料の分散に用いられている公知の化合物(分散剤、分散湿潤剤、分散促進剤等の名称で市販されている化合物等)等を特に制限なく使用することができる。
【0067】
遮光成分(D)の平均粒子径としては、10~300nmが好ましく、30~250nmがより好ましく、50~220nmがさらに好ましい。なお、当該平均粒子径は動的光散乱法等を利用した粒度分布測定により求めることができる。
【0068】
<光重合開始剤(E)>
遮光層用樹脂組成物層の形成においては、光重合開始剤(E)を用いる。光重合開始剤(E)としては、前記反射防止層用樹脂組成物層の形成に用いられるものを制限なく用いることができる。前述のとおり、光重合開始剤(E)は増感剤を含む。また、これとは別に、光重合開始剤や増感剤の能力を増大させ得るような前記の化合物を含めることができる。
【0069】
光重合開始剤(E)の配合量については、アルカリ可溶性樹脂(B)と光重合性モノマー(C-1)との合計100質量部に対して1~30質量部が好ましく、より好ましくは5~25質量部である。
【0070】
<平均厚さ>
また、遮光層用樹脂組成物層の平均厚さは0.1~30μmであるようにすることが好ましい。より平均厚さは0.2~20μmであり、さらに好ましい平均厚さは0.5~10μmである。遮光層用樹脂組成物層の平均厚さが前記下限未満になると、遮光性が低下する傾向がある。一方で、当該平均厚さが前記上限超過であると、アルカリ現像に要する時間が長くなり生産性の低下につながりやすい。なお、遮光層用樹脂組成物層の平均厚さは、触針式段差形状測定装置を用いて遮光層用樹脂組成物層の表面と透明基板表面との段差を測定し、これを平均して前記反射防止層用樹脂組成物層と当該遮光層用樹脂組成物層とからなる層の合計の平均厚さを求め、合計の層の平均厚さから前記反射防止層用樹脂組成物層の平均厚さを差し引くことによって求めることができる。
【0071】
<遮光層用樹脂組成物層の形成方法>
遮光層用樹脂組成物層を形成する方法としては、前記の反射防止層用樹脂組成物層の形成方法と同様に行うことができ、反射防止層用樹脂組成物層上に、遮光層用樹脂組成物を塗布した後、加熱処理(プリベーク)を施すことによって有機溶剤を除去する方法が挙げられる。塗布する方法や、プレベークにおける加熱温度及び加熱時間についても、前記と同様とすることが好ましい。また、遮光層用樹脂組成物についても、均一な遮光層用樹脂組成物層を形成することができるようにするために、有機溶剤を含んだ溶液の状態で使用されることが好ましい。この際の有機溶剤の含有量や、遮光層用樹脂組成物のB型又はE型粘度計により測定される粘度についても、前記と同様とすることが好ましい。
【0072】
<遮光層用樹脂組成物層のその他の成分>
遮光層用樹脂組成物層においても、反射防止層用樹脂組成物層の形成に用いられるその他の成分と同様の成分を制限なく用いることができる。すなわち、前述の光重合性モノマー(C-1)及び/又はエポキシ化合物(C-2)からなる(C)成分や、エポキシ化合物の公知の硬化剤や硬化促進剤や、これら以外の成分(分散剤、前記以外の重合開始剤、連鎖移動剤、非感光性樹脂、酸化防止剤、可塑剤、充填材、カップリング剤、界面活性剤、染料などの各種添加剤)を用いることができる。これらの成分の含有量についても同様とすることが好ましい。
【0073】
<固形分>
遮光層用樹脂組成物層を形成する遮光層用樹脂組成物は、前記の成分を含むものであるが、有機溶剤を除いた固形分(固形分には乾燥又は硬化後に固形分となるモノマーを含む)が1~50質量%であることが好ましく、より好ましくは5~40質量%であり、さらに好ましくは10~30質量%の範囲となるようにするのがよい。
【0074】
3.反射防止層及び遮光層からなる遮光膜を形成する工程
前述したように、透明基板上に、反射防止層用樹脂組成物層と遮光層用樹脂組成物層とを順次形成した後には、これら反射防止層用樹脂組成物層と遮光層用樹脂組成物層とを、それぞれ反射防止層、遮光層に変換して、反射防止層と遮光層とからなる遮光膜を形成するようにする。
【0075】
そして、反射防止層用樹脂組成物層と遮光層用樹脂組成物層とを、それぞれ反射防止層、遮光層に変換して、反射防止層と遮光層とからなる遮光膜を形成する方法は、次のようにすることができる。すなわち、反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層に、所望の遮光膜パターン形成用マスクを用いて一括で露光処理を施し、反射防止層用樹脂組成物層の感光部分(露光部分)と、遮光層用樹脂組成物層の感光部分(露光部分)とを光硬化させる。露光処理条件は、使用するアルカリ可溶性樹脂(B)や光重合性モノマー(C-1)や光重合開始剤の種類等に応じて適宜設定することができる。
【0076】
次に、露光後の反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層に一括で現像処理を施して、反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層の未露光部分の樹脂組成物層を除去することによって、それぞれ、反射防止層及び遮光層が同時に形成される。
【0077】
さらに、形成された反射防止層及び遮光層を十分に硬化させたり、現像液を十分に除去して、透明基板と反射防止層との密着性を向上させたりするために、反射防止層及び遮光層に加熱硬化処理(ポストベーク)を施すことによって、透明基板上に、反射防止層と遮光層とからなる遮光膜(遮光膜パターン)を備えている遮光膜付き基板を得ることができる。
【0078】
前記の現像処理方法としては特に制限はなく、公知の現像方法を採用することができ、現像処理条件は、使用するアルカリ可溶性樹脂などの種類等に応じて適宜設定することができる。現像処理(アルカリ現像処理)におけるアルカリ現像液としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の炭酸塩や水酸化物の水溶液等の公知のアルカリ現像液を用いることができる。
【0079】
また、前記ポストベークにおける加熱温度及び加熱時間は、使用する透明基板や樹脂組成物の種類等に応じて適宜設定することができ、例えば、透明基板としてガラス基板等の耐熱性が十分なものを使用する場合には、例えば、加熱温度を180~250℃、加熱時間を20~60分間に設定することができる。
【0080】
このようにして反射防止層と遮光層とからなる遮光膜が形成される。ここで、反射防止層は、前記無機フィラー(A)と前記アルカリ可溶性樹脂(B)とを必須として含み、また、平均厚さは0.01~0.4μmであることが好ましい。また、遮光層は、前記遮光成分(D)と前記アルカリ可溶性樹脂(B)とを必須として含み、また、平均厚さは0.1~30μmであることが好ましい。なお、遮光層の平均厚さは、触針式段差形状測定装置を用いて遮光層表面と透明基板表面との段差を測定し、これを平均して前記反射防止層と前記遮光層とからなる遮光膜の平均厚さを求め、この遮光膜の平均厚さから反射防止層の平均厚さを差し引くことによって求めることができる。
【0081】
このように、本発明の遮光膜付き基板の製造方法においては、反射防止層用樹脂組成物(層)及び遮光層用樹脂組成物(層)のいずれにもアルカリ可溶性樹脂(B)、好ましくは前述の不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂を使用しているため、反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層に対して露光処理及び現像処理を一括で行うことができる。
なお、前述のとおり、反射防止層用樹脂組成物層と遮光層用樹脂組成物層との形成の過程では、界面付近ではこれらの層が部分的に溶解し、混ざり合いながら層形成されていることが確認されているところ、反射防止層、遮光層に変換した際においても、これらの層の界面付近では、同じように部分的に混ざった層が形成されていることが確認されている。すなわち、詳細な構造は定かではないものの、本発明における遮光膜は、このような反射防止層及び遮光層から形成されるものであって、前記のような層どうしが部分的に混ざりあった構造を一部含むものである。
【実施例0082】
以下、実施例および比較例に基づいて、本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0083】
先ず、本発明のアルカリ可溶性樹脂(B)に相当する、不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の合成例を示す。合成例における樹脂の評価は、以下のとおりに行った。
【0084】
[エポキシ当量の測定]
電位差滴定装置を用い、溶剤としてメチルエチルケトンを使用し、臭素化テトラエチルアンモニウム酢酸溶液を加え、電位差滴定装置にて0.1mol/L過塩素酸-酢酸溶液を用いて測定した。
【0085】
[酸価]
樹脂溶液をテトラヒドロフランに溶解させ、電位差滴定装置「COM-1600」(平沼産業株式会社製)を用いて1/10N-KOH水溶液で滴定して、固形分1gあたりに必要となったKOHの量を酸価とした。
【0086】
[固形分濃度]
合成例中で得られた樹脂溶液、組成物等の1gをガラスフィルター〔質量:W(g)〕に含浸させて秤量し〔W(g)〕、160℃にて2時間加熱した後の質量〔W(g)〕から次式より求めた。
固形分濃度(質量%)=100×(W-W)/(W-W
【0087】
[分子量]
ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)「HLC-8220GPC」(東ソー株式会社製、溶剤:テトラヒドロフラン、カラム:TSKgelSuperH-2000(2本)+TSKgelSuperH-3000(1本)+TSKgelSuperH-4000(1本)+TSKgelSuper-H5000(1本)(東ソー株式会社製)、温度:40℃、速度:0.6ml/min)にて測定し、標準ポリスチレン(東ソー株式会社製、PS-オリゴマーキット)換算値として重量平均分子量(Mw)を求めた。
【0088】
[アルカリ可溶性樹脂の合成]
アルカリ可溶性樹脂の合成例で使用する略号は次のとおりである。
BPFE :ビスフェノールフルオレンエポキシ(エポキシ当量254g/eq、重量平均分子量(Mw)508、一般式(I)の化合物において、Aがフルオレン-9,9-ジイル基、R~Rが水素の化合物。)
BPF-EA:BPEFとアクリル酸との反応物(エポキシ基とカルボキシル基の等当量反応物)
AA:アクリル酸
BPDA:3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
THPA:1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸無水物
TEAB:臭化テトラエチルアンモニウム
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
TPP:トリフェニルホスフィン
DCPMA:ジシクロペンタニルメタクリレート
GMA:グリシジルメタクリレート
St:スチレン
AIBN:アゾビスイソブチロニトリル
TDMAMP:トリスジメチルアミノメチルフェノール
HQ:ハイドロキノン
SA:無水コハク酸
TEA:トリエチルアミン
【0089】
〔合成例1〕
還留冷却器付き1000ml四つ口フラスコ中に、313.7gのBPF-EAの50%PGMEA溶液と、47.1gのBPDAと、24.3gのTHPAと、0.43gのTEABと、8.5gのPGMEAとを仕込み、120~125℃で6時間撹拌し、不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂溶液を得た。樹脂溶液の固形分濃度は56.6質量%であり、重量平均分子量(Mw)は3600であり、酸価(固形分換算)は89.4mgKOH/gであった。
【0090】
〔合成例2〕
還流冷却機付き1Lの四つ口フラスコ中に、PGMEA(300g)を入れ、フラスコ系内を窒素置換した後120℃に昇温した。フラスコ内にモノマー混合物(DCPMA(77.1g、0.35mol)、GMA(49.8g、0.35mol)、St(31.2g、0.30mol))にAIBN(10g)を溶解した混合物を滴下ロートから2時間かけて滴下し、さらに120℃で2時間攪拌し、共重合体溶液を得た。
次いで、フラスコ系内を空気に置換した後、得られた共重合体溶液にAA(24.0g、グリシジル基の95%)、TDMAMP(0.8g)及びHQ(0.15g)を加え、120℃で6時間攪拌し、重合性不飽和基含有共重合体溶液を得た。得られた重合性不飽和基含有共重合体溶液にSA(30.0g、AA添加モル数の90%)、TEA(0.5g)を加え120℃で4時間反応させ、不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂を得た。樹脂溶液の固形分濃度は56.0質量%であり、酸価(固形分換算)は76mgKOH/gであり、GPC分析によるMwは5300であった。
【0091】
[反射防止層用樹脂組成物溶液・遮光層用樹脂組成物溶液の調製]
反射防止層用樹脂組成物溶液・遮光層用樹脂組成物溶液の調製で使用する成分や略号は次のとおりである。
【0092】
〔無機フィラー(A)の分散液〕
A-1:屈折率2.5、平均粒径60nmのチタニアフィラー20質量%、高分子分散剤5.0質量%のプロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセテート溶剤分散液(固形分濃度25質量%)。
A-2:屈折率1.4、平均粒径10nmのシリカフィラー20質量%、高分子分散剤5.0質量%のプロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセテート溶剤分散液(固形分濃度25質量%)。
A-3:屈折率1.4、平均粒径20nmのシリカフィラー20質量%、高分子分散剤5.0質量%のプロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセテート溶剤分散液(固形分濃度25質量%)。
A-4:屈折率1.4、平均粒径30nmのシリカフィラー20質量%、高分子分散剤5.0質量%のプロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセテート溶剤分散液(固形分濃度25質量%)。
A-5:屈折率1.4、平均粒径50nmのシリカフィラー20質量%、高分子分散剤5.0質量%のプロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセテート溶剤分散液(固形分濃度25質量%)。
A-6:屈折率1.4、平均粒径75nmのシリカフィラー20質量%、高分子分散剤5.0質量%のプロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセテート溶剤分散液(固形分濃度25質量%)。
A-7:屈折率1.4、平均粒径125nmのシリカフィラー20質量%、高分子分散剤5.0質量%のプロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセテート溶剤分散液(固形分濃度25質量%)。
【0093】
〔アルカリ可溶性樹脂(B)〕
B-1:前記合成例1で得られた不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂溶液。
B-2:前記合成例2で得られた不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂溶液。
【0094】
〔光重合性モノマー、エポキシ化合物(C)〕
C-1:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物(日本化薬株式会社製「DPHA」)
C-2:ビスフェノールフルオレンエポキシ(エポキシ当量254g/eq、重量平均分子量(Mw)508)(BPFE)。
【0095】
〔遮光成分(D)〕
D-1:カーボンブラック顔料20質量%、高分子分散剤5.5質量%のプロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセテート溶剤分散液(固形分濃度25.5質量%)
【0096】
〔光重合開始剤(E)〕
E-1:オキシムエステル系光重合開始剤(Irgacure OXE01、BASFジャパン株式会社製)
【0097】
〔有機溶剤〕
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
・乳酸エチル(EL)
【0098】
[樹脂組成物溶液の調製]
前記配合成分を表1、表2に示す割合で配合して、実施例1~13および比較例1~8に係る反射防止層用樹脂組成物(溶液)及び遮光層用樹脂組成物(溶液)を調製した。なお、表1中の数値は、無機フィラー分散液、アルカリ可溶性樹脂溶液、遮光成分の分散液及び有機溶剤を除きすべて質量部(固形分)を表す。
【0099】
【表1】
【0100】
【表2】
【0101】
前記の表1、表2に示した反射防止層用樹脂組成物(溶液)及び遮光層用樹脂組成物(溶液)を用いて、透明基板としてのガラス基板上に、反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層を形成し、また、それを用いて遮光膜付き基板を作製した。具体的な評価方法と作成手順は以下のとおりである。
【0102】
[評価]
〔平均厚さ測定〕
触針式段差形状測定装置(ケーエルエー・テンコール社製「P-10」)を用い、測定範囲500μm、走査速度50μm/秒、サンプリングレート20Hzの条件で、ガラス基板表面と反射防止層用樹脂組成物層表面との段差を2点以上測定し、その平均値を反射防止層用樹脂組成物層の平均厚さとした。
また、反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層を形成後においても同様の方法により、ガラス基板表面と遮光層用樹脂組成物層表面との段差を2点以上測定し、その平均値を反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層の合計の平均厚さとした。
さらに、反射防止層用樹脂組成物層及び遮光層用樹脂組成物層を230℃で30分間加熱硬化処理(ポストベーク)後においても同様の方法により、ガラス基板表面と遮光層表面との段差を2点以上測定し、その平均値を反射防止層及び遮光層の合計の平均厚さとした。
【0103】
〔反射防止層用樹脂組成物層の残膜率測定〕
ガラス基板上に、スピンコーターを用いて反射防止層用樹脂組成物層溶液を塗布し、ホットプレートを用いて90℃で1分間加熱(プレベーク)し、その後、引き置き時間(Q-Time)24時間採るか、又はDeep UV照射装置(オーク製作所製「シャッター式UVドライプロセッサーVUE-3038」)にて10mW/cmの照度で25秒間照射して、平均厚さが1.2μmの反射防止層用樹脂組成物層を形成した。
ガラス基板が付いたまま、この反射防止層用樹脂組成物層を23℃、PGMEAに5秒間浸漬した後、真空乾燥(VCD)装置(川崎化工機株式会社製「SN120351」)で重量変化が5%程度以下となるまで乾燥して得られた膜の平均厚さ測定を行い、以下の式から残膜率を算出する。
表3、表4に結果を示す。
残膜率(%)=100×(浸漬後の平均厚さ)/(浸漬前の平均厚さ) …(*)
【0104】
〔パターニングされた積層塗膜(遮光膜付き基板)の作製〕
ガラス基板上に、スピンコーターを用いて反射防止層用樹脂組成物溶液を塗布し、ホットプレートを用いて90℃で1分間加熱(プレベーク)し、引き置き時間(Q-Time)を24時間採るか、又はDeep UV照射装置にて10mW/cmの照度で25秒間照射して、平均厚さが0.1~0.5μmの反射防止層用樹脂組成物層を形成した。この反射防止層用樹脂組成物層上に、スピンコーターを用いて遮光層用樹脂組成物溶液を塗布し、ホットプレートを用いて90℃で1分間加熱(プレベーク)して、平均厚さが1.05μmの遮光層用樹脂組成物層を形成して、積層塗膜とした。
このようにして形成した積層塗膜に、露光ギャップを100μmに調整して、孤立細線1~20μmパターン形成用ネガ型フォトマスクを被せ、50mJ/cmの紫外線を照射して感光部分の樹脂を光硬化させた。露光後の積層塗膜を23℃、0.04%水酸化カリウム水溶液を用い1kgf/cm2圧の条件でシャワー現像を開始し、パターンが現れ始めた後、さらに20秒間シャワー現像を継続した。その後、5kgf/cm2圧でスプレー水洗を行い、積層塗膜の未露光部分を除去して、ガラス基板上にパターニングされた積層塗膜を形成した。その後、この基板に、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱処理(ポストベーク)を施して、遮光膜付き基板を得た。
【0105】
〔最小密着〕
得られた遮光膜付き基板の遮光膜パターンにおいて、孤立細線パターンの剥離が発生していない最小マスクサイズを測定した。
表3、表4に結果を示す。
【0106】
〔遮光度(単位OD)、反射率、塗布ムラ確認用サンプル基板の作製〕
ガラス基板上に、スピンコーターを用いて反射防止層用樹脂組成物溶液を塗布し、ホットプレートを用いて90℃で1分間加熱(プレベーク)し、引き置き時間(Q-Time)24時間採るか、又はDeep UV照射装置にて10mW/cmの照度で25秒間照射して、平均厚さが0.1~0.5μmの反射防止層用樹脂組成物層を形成した。この反射防止層用樹脂組成物層上に、スピンコーターを用いて遮光層用樹脂組成物溶液を塗布し、ホットプレートを用いて90℃で1分間加熱(プレベーク)して、平均厚さが1.05μmの遮光層用樹脂組成物層を形成して、積層塗膜とした。
このようにして形成した積層塗膜に、50mJ/cmの紫外線を照射して感光部分の樹脂を光硬化させた。露光後の積層塗膜を23℃、0.04%水酸化カリウム水溶液を用い1kgf/cm2圧の条件でシャワー現像を開始し、パターンが現れ始めた後、さらに20秒間シャワー現像を継続した。その後、5kgf/cm2圧でスプレー水洗を行い、積層塗膜の未露光部分を除去して、ガラス基板上にパターニングされた積層塗膜を形成した。その後、この基板に、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱処理(ポストベーク)を施して、遮光膜付き基板を得た。
【0107】
〔遮光度(単位OD)測定〕
得られた遮光膜付き基板について、光学濃度計(サカタインクスエンジニアリング株式会社製「X-Rite361T(V)」)を用いて光学濃度(OD値)を測定し、これをガラス基板の光学濃度(OD値)で補正して遮光膜の遮光度(OD値)を求めた。単位平均厚さ当たりのOD値(単位OD)は以下の式から算出した。
表3、表4に結果を示す。
(単位OD[-/μm])=(遮光膜のOD値)/(遮光膜の平均厚さ)
【0108】
〔反射率測定〕
得られた遮光膜付き基板を、分光測色計(株式会社日立ハイテクサイエンス製「UH4150」)を用いて、C光源、2°視野の条件で、ガラス面側とその反対側の面(膜面)の反射率[%]を測定し、以下の基準で判定した。以下の基準は、反射防止層用樹脂組成物層(反射防止層)を形成しない比較例1における反射率と比較し、その低下の程度を判定したものである。
表3、表4に結果を示す。
(反射率の判定基準)
〇判定:1%以上の低下が見られる。
△判定:0%以上1%未満の低下が見られる。
×判定:変化なし。
【0109】
〔塗布ムラ〕
得られた遮光膜付き基板を目視で確認し、以下の基準で判定した。
表3、表4に結果を示す。
(塗布ムラの判定基準)
〇判定:遮光膜付き基板の膜面及びガラス面のいずれにもムラや外観異常が見られない。
△判定:遮光膜付き基板の膜面又はガラス面のいずれか一方にムラや外観異常が見られる。
×判定:遮光膜付き基板の膜面及びガラス面の両面にムラや外観異常が見られる。
【0110】
【表3】
【0111】
【表4】
【0112】
[各評価結果]
前記の結果から把握されるように、実施例1~13の方法においては、遮光膜の透明基板側の面とその反対側の面(膜面)との両面において反射率を抑制できることが確認される。また、パターン密着性(最小マスクサイズ)や塗布ムラの測定結果にも優れていた。
【0113】
これに対して、無機フィラー(A)の屈折率が1.2~1.8から外れた比較例2や、その固形分含有量が10質量%未満である比較例8では、反射率の抑制の効果が見られなかった。
【0114】
また、平均粒子径125nmの無機フィラー(A)を適用した比較例3や、反射防止層用樹脂組成物層の形成において、Deep UV照射を行った比較例6では、反射防止層用樹脂組成物層の残膜率が90%を超える結果となった。
【0115】
また、アルカリ可溶性樹脂(B)が未添加である比較例4では、基板上で溶液がはじかれて反射防止層用樹脂組成物層を形成できなかった。
【0116】
さらに、反射防止層用樹脂組成物層の平均厚さが0.4μmを超える比較例7では、塗布ムラが顕在することが分かる。
【0117】
とくに、反射防止層用樹脂組成物層の残膜率が10~90%から外れるか、測定ができない比較例3、4、5及び6においては、反射率の抑制の効果が見られなかった。これは、反射防止層用樹脂組成物層と遮光層用樹脂組成物層に対する部分的な溶解が十分に生じないことが原因と推察される。
【産業上の利用可能性】
【0118】
本発明の製造方法により得られる遮光膜付き基板は、カラーフィルターやタッチパネルに用いるブラックマトリクスや、あるいは、有機EL素子に代表される電界発光装置、カラー液晶表示装置若しくはイメージセンサー等の各種の多色表示体における各色分画用又は遮光用の隔壁材や画素定義層、さらにはディスプレイの表示部分を囲むベゼル等のディスプレイ構成要素に使用することが可能である。