CN103959104A - 光学构件组及使用该光学构件组的固体摄像元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供对采用具有厚度的第1光学构件作为第2光学构件的被覆材料时的制造品质及制品品质进行了优化的光学构件组、以及使用该光学构件组的固体摄像元件。该光学构件组具有:使固化性树脂的组合物固化而成的第1光学构件、和被该第1光学构件被覆的第2光学构件,其中,所述第2光学构件的与第1光学构件接触的表面的水接触角为70~97°,所述第1光学构件的与第2光学构件接触一侧相反侧表面的水接触角为80~115°。

Description

光学构件组及使用该光学构件组的固体摄像元件
技术领域
本发明涉及光学构件组及使用该光学构件组的固体摄像元件。
背景技术
近来,光学器件的种类已涉及方方面面,其中的大部分具有在光学机构的表面形成有防反射性的低折射率膜的结构。作为光学机构,并不限定于表面形状平坦的机构,也可列举:液晶用背光源的亮度提高透镜或漫射透镜;用于视频投影电视(Video Projection Television)的屏幕的菲涅耳透镜(Fresnellens)或柱状透镜(Lenticular lens);或者微透镜等。就这样的器件而言,通过主要利用树脂材料来形成微细结构,可获得所需的几何光学性能,通常,为了进一步赋予防反射性,而以适合这些微细结构体表面的形态形成低折射率膜。
其中,有关可用于固体摄像元件的微透镜单元的原材料及结构等的研究开发正在被积极地开展(例如参见专利文献1~3)。其背景可列举在固体摄像元件的微细化得到发展的同时,要求用以实现有效聚光的高性能化。特别在近年来,伴随高像素化,单一像素的尺寸已变得非常小。另外,为了能够在一次制造中制作更多的器件,所使用的晶片尺寸也变大。基于这样的背景,提高微透镜单元的制造品质及制品品质变得越来越重要。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-186295号公报
专利文献2:日本特开2006-98985号公报
专利文献3:日本特开2007-119744号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而,本发明人着眼于下述技术:将可应用于微透镜单元(光学构件组)的透光性固化膜(第1光学构件)制成具有厚度的膜,并利用该膜被覆微透镜(第2光学构件)。其光学特性本身尚不明确,但可以认为为了应对未来的使用形态、用途的多样化或高品质化而将这样的层叠结构也列举为制品开发的对象。预料到此种技术上的要求而明确了其制造品质或制品品质上的问题点,并为了寻求对策而进行了研究开发。
本发明的目的在于提供对采用具有厚度的透光性固化膜(第1光学构件)作为微透镜(第2光学构件)的被覆材料时的制造品质及制品品质进行了优化的微透镜单元(光学构件组)、以及使用该微透镜单元(光学构件组)的固体摄像元件。具体而言,本发明的目的在于提供对于上述特定的透光性固化膜赋予了优异的表面状态(surface state)及耐龟裂性和较高的耐吸水性的微透镜单元(光学构件组)、以及使用该微透镜单元(光学构件组)的固体摄像元件。
用于解决问题的手段
上述问题可通过下述方法得以解决。
[1]一种光学构件组,其具有使固化性树脂的组合物固化而成的第1光学构件、和被该第1光学构件被覆的第2光学构件,其中,第2光学构件的与第1光学构件接触的表面的水接触角为70~97°,第1光学构件的与第2光学构件接触一侧相反侧表面的水接触角为80~115°。
[2]根据[1]所述的光学构件组,其中,第1光学构件含有硅氧烷树脂及氟类树脂中的至少一种。
[3]根据[1]或[2]所述的光学构件组,其中,第1光学构件还含有中空粒子。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的光学构件组,其中,第2光学构件含有二氧化钛或氧化锆。
[5]根据[1]~[4]中任一项所述的光学构件组,其中,第1光学构件的厚度为0.5μm~3μm。
[6]根据[1]~[5]中任一项所述的光学构件组,其中,第2光学构件的厚度为0.2μm~2μm。
[7]根据[2]~[6]中任一项所述的光学构件组,其中,硅氧烷树脂的65质量%以上且100质量%以下由下述式(1)所示的倍半硅氧烷结构构成。
-(R1SiO3/2)n-  式(1)
(上述式(1)中,R1表示碳原子数1~3的烷基。n表示20~1000的整数。)
[8]根据[1]~[7]中任一项所述的光学构件组,其中,第1光学构件还含有表面活性剂。
[9]根据[1]~[8]中任一项所述的光学构件组,其中,第1光学构件包含将下述式(2)所示的烷基三烷氧基硅烷水解缩合而得到的树脂。
R2Si(OR3)3  式(2)
(R2表示碳原子数1~3的烷基,R3表示烷基。)
[10]根据[1]~[9]中任一项所述的光学构件组,其采用多个凸透镜作为第2光学构件,多个凸透镜按照其凸出方向实质上朝向同一方向的方式排列,且该多个凸透镜自其凸出方向被构成透光性固化膜的第1光学构件被覆,透光性固化膜实质上无间隙地填充于形成在多个凸透镜间的凹部,并且,透光性固化膜的与凸透镜相反的一侧为平坦面。
[11]根据[1]~[10]中任一项所述的光学构件组,其中,第1光学构件的与第2光学构件接触一侧相反侧表面的水接触角为80~98°。
[12]根据[1]~[11]中任一项所述的光学构件组,其中,第1光学构件含有硅氧烷树脂。
[13]一种固体摄像元件,其具备[1]~[12]中任一项所述的光学构件组和半导体受光单元。
发明效果
本发明的微透镜单元(光学构件组)及使用该微透镜单元(光学构件组)的固体摄像元件可采用具有厚度的透光性固化膜(第1光学构件)作为微透镜(第2光学构件)的被覆材料,并实现良好的制造品质及制品品质。具体而言,上述特定的透光性固化膜显示出优异的表面状态及耐龟裂性、以及较高的耐吸水性。
附图说明
图1为表示实施例/比较例中所示的透光性固化膜的上层及下层的接触角关系的坐标图。
具体实施方式
本发明的优选实施方式的微透镜单元具备透光性固化膜和被该透光性固化膜被覆的微透镜体。若列举该透镜单元的实施例,则可列举被组装于固体摄像元件(光学器件)内、且包含多个凸透镜和自该多个凸透镜的凸出方向进行被覆的透光性固化膜的透镜单元。在本发明中,通过使上述透光性固化膜采用具有特定水接触角的上层(透光性固化膜)及下层(透镜体)的层叠结构,从而同时实现了适合于透镜单元的光学特性、和表面状态、耐龟裂性及耐吸水性。以下,以本发明的优选实施方式为中心对本发明进行说明。其中,对于光学构件组,以微透镜单元为例进行说明;对于第1光学构件,以透光性固化膜为例进行说明;对于第2光学构件,以微透镜体为例进行说明。
<透光性固化膜(第1光学构件)>
(上层)
本实施方式的透光性固化膜(以下也称其为“上层”)的与透镜体接触一侧相反侧表面的水接触角为80°以上、优选为81°以上。通过使该水接触角在该下限值以上,可实现具有耐吸水性的固化膜。该接触角进一步为115°以下、优选为105°以下、更优选为98°以下、进一步优选为92°以下。通过使该水接触角在该上限值以下,可实现表面状态良好的固化膜。需要说明的是,在没有特殊限定的情况下,接触角是利用后述实施例中采用的方法测定的值。
上述透光性固化膜由固化性树脂组合物的固化膜构成。本实施方式的透光性固化膜可以由溶剂中含有硅氧烷树脂等固化性树脂的透光性固化膜形成用树脂组合物形成。通过选择硅氧烷树脂或氟类树脂作为上层的构成成分,使得像素间的偏差变小,故优选。或者,作为组合物中含有的成分,优选使用中空粒子。
上述透光性固化膜也可被用作低折射率膜。具体而言,优选使折射率(波长633nm、测定温度25℃)为1.5以下、更优选为1.25~1.46、进一步优选为1.30~1.44、特别优选为1.37~1.42。该折射率在上述范围内时,可被用作防反射膜。优选使形成上述上层的固化膜的折射率低于形成下层的透镜体的折射率。由此,可获得有效的防反射效果。上述透光性固化膜与微透镜体的折射率之差没有特殊限制,优选为0.42~0.58、更优选为0.45~0.55。
上述透光性固化膜的厚度(膜厚)没有特殊限制,优选为0.5μm以上的范围、更优选为0.6μm以上。上限没有特殊限制,优选为3μm以下、更优选为2.5μm以下。通过使膜厚在该范围内,从而使制成微透镜单元时的耐久性优异,在用作后述固体摄像元件时与盖玻片的密合性也优异,故优选。尤其在进行厚涂时,可以超过1μm。这里的所谓膜厚是指:在下层的透镜体具有凹凸的情况下,自透镜体最长点的高度起的厚度。
这里,若对本实施方式的透光性固化膜的膜形状进行详述,则在成为下层的微透镜为具有球面的凸透镜状时,在工序上优选将多个该微透镜排列成透镜阵列,并利用上述透光性固化膜被覆该透镜阵列。此时,优选使上述透光性固化膜的外表面(与透镜体相反一侧的面)为不依照透镜凹凸的平坦面。这样一来,沿剖面方向观察时,相对于凸透镜状的透镜体,透光性固化膜的厚度是不一致的。根据本发明,能够适合应对此种形态的固化膜的形成。
<硅氧烷树脂组合物>
作为构成本实施方式的透光性固化膜的材料,可列举如上所述的硅氧烷树脂。硅氧烷树脂可使用后述的烷氧基硅烷原料并经由水解反应及缩合反应而得到。更具体而言,该化合物可谓如下的化合物:使烷基三烷氧基硅烷的部分或全部烷氧基水解而转换为硅烷醇基,并使生成的硅烷醇基的至少一部分发生缩合,从而形成Si-O-Si键。硅氧烷树脂可以是具有笼型、梯型、或无规型等中的任意一种倍半硅氧烷结构的硅氧烷树脂。需要说明的是,作为上述“笼型”、“梯型”及“无规型”,可参见例如《倍半硅氧烷材料的化学与应用展开(日文:シルセスキオキサン材料の化学と応用展開)》(CMC出版)等中记载的结构。
(倍半硅氧烷结构)
本实施方式的硅氧烷树脂优选具有下述式(1)所示的倍半硅氧烷结构。
-(R1SiO3/2)n-  式(1)
(上述式(1)中,R1表示碳原子数1~3的烷基。n表示20~1000的整数。)
上述R1所示的烷基在上述碳原子数范围内即可,没有特殊限制,可列举例如甲基、乙基、丙基、异丙基等。其中,优选甲基及乙基,最优选甲基。另外,R1所示的烷基可以是不具有取代基的烷基,也可以是具有取代基的烷基,但优选为不具有取代基的烷基。
作为R1所示的烷基可以具有的取代基,优选不为卤原子及具有烯属不饱和键的基团,可列举:氨基(优选碳原子数0~20的氨基,例如氨基、N,N-二甲基氨基、N,N-二乙基氨基、N-乙基氨基、苯胺基等)、磺酰胺基(优选碳原子数0~20的磺酰胺基,例如N,N-二甲基磺酰胺、N-苯基磺酰胺等)、酰氧基(优选碳原子数1~20的酰氧基,例如乙酰氧基、苯甲酰氧基等)、氨基甲酰基(优选碳原子数1~20的氨基甲酰基,例如N,N-二甲基氨基甲酰基、N-苯基氨基甲酰基等)、酰基氨基(优选碳原子数1~20的酰基氨基,例如乙酰基氨基、苯甲酰基氨基等)等。
在本发明中,在没有特殊说明的情况下,将主链由硅氧烷键构成的含硅聚合物称为聚硅氧烷或硅氧烷树脂。由于在硅上具有4个键合臂,因此,聚硅氧烷的基本构成单元可以按照在每1个硅原子上具有几个以甲基、苯基为代表的有机基团来进行分类,按照下述所示的方式分为4种。下式中,R为有机基团。
[化学式1]
本发明中,在没有特殊限定的情况下,所谓倍半硅氧烷是指基本构成单元为T单元的聚硅氧烷的统称。倍半硅氧烷中的硅与3个氧键合、氧与2个硅键合,因此,其理论组成为RSiO3/2(表示二分之三的拉丁语为“SESQUI”)。在本实施方式中,优选使上述T单元的式中的R为上述R1、且以上述特定的含有率包含该倍半硅氧烷结构部位。
就本实施方式的硅氧烷树脂而言,固化膜中所含的硅氧烷树脂整体的65质量%以上且100质量%以下、即透光性固化膜形成用树脂组合物中所含的硅氧烷树脂整体的65质量%以上且100质量%以下由上述倍半硅氧烷结构构成。通过使上述倍半硅氧烷结构的构成比例在该范围内,从而使微透镜单元的平坦性和嵌入性优异。该比例优选为80质量%以上且100质量%以下、更优选为95质量%以上且100质量%以下、最优选实质上为100质量%(其中,在100质量%的情况下,也可以在不破坏所期望的效果的范围内包含不可避免的杂质等其它成分)。需要说明的是,本实施方式的硅氧烷树脂可以单独包含1种特定的聚倍半硅氧烷结构,也可以包含2种以上特定的聚倍半硅氧烷结构。
本实施方式的硅氧烷树脂优选为将烷基三烷氧基硅烷水解缩合而得到的水解缩合物。
(烷基三烷氧基硅烷)
本实施方式中,为了制造水解缩合物,可使用包含烷基三烷氧基硅烷的烷氧基硅烷原料作为起始原料。需要说明的是,所述烷氧基硅烷原料是指由烷氧基硅烷(具有烷氧基的硅化合物)构成的起始原料。通过使用烷基三烷氧基硅烷作为原料,可使所得水解缩合物的结构变得更为柔韧,进而可以因有机成分的存在而提高对基板的润湿性。另外,可以理解为:在将其特有的基质(matrix)制成固化物时,可以在保持透光性的同时实现良好的表面状态。
所述烷基三烷氧基硅烷是在硅原子上键合有1个烷基和3个烷氧基的有机硅化合物,其可以以下述式(2)表示。
式(2):R2Si(OR3)3
(R2表示碳原子数1~3的烷基、碳原子数1~8的烷氧基烷基、碳原子数1~10的氟代烷基,R3表示烷基。)
烷基三烷氧基硅烷的烷基(式(2)中的R2)在上述范围内即可,并无特殊限制,具体可列举:甲基、乙基、丙基、异丙基、甲氧基甲基、甲氧基丙基、γ-环氧丙氧基甲基、γ-环氧丙氧基丙基、三氟甲基、三氟乙基、三氟丙基、全氟乙基、全氟丙基、十三氟辛基等。另外,其中优选甲基、乙基、γ-环氧丙氧基丙基、三氟甲基、三氟丙基、十三氟辛基,最优选为甲基。
烷基三烷氧基硅烷的烷氧基没有特殊限制,可列举例如甲氧基、乙氧基等。更具体而言,作为式(2)中的R3,优选为碳原子数1~20的直链状或支链状的烷基。其中,优选使碳原子数为1~10、更优选使碳原子数为1~4。特别是,从容易控制水解速度的方面考虑,优选为乙氧基,即优选使式(2)中的R3为乙基。
作为烷基三烷氧基硅烷,可列举例如:甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷等。其中,优选使用甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷,最优选使用甲基三乙氧基硅烷。需要说明的是,作为烷基三烷氧基硅烷,可以仅使用1种,也可以将2种以上组合使用。
优选使上述烷氧基硅烷原料的65质量%以上为烷基三烷氧基硅烷,更优选使80质量%以上且100质量%以下为烷基三烷氧基硅烷,更优选使95质量%以上且100质量%以下为烷基三烷氧基硅烷。通过使含量在该范围内,可以进一步优化形成固化膜后的表面状态,故优选。
(四烷氧基硅烷)
作为烷氧基硅烷原料,除了上述的三烷氧基硅烷以外,还可以使用其它烷氧基硅烷,其中,优选四烷氧基硅烷。通过包含四烷氧基硅烷,可增加水解缩合物中的交联密度,可使膜固化而得到的被膜的电绝缘性、耐显影性、耐热性进一步提高,从这一点来看是优选的。
所谓四烷氧基硅烷是在硅原子上键合有4个烷氧基的有机硅化合物,其可以以下述式(3)表示。
式(3):Si(OR4)4
(R4分别独立地表示烷基。)
四烷氧基硅烷的烷氧基没有特殊限制,可列举例如:甲氧基、乙氧基等。更具体而言,作为式(3)中的R4,优选碳原子数1~20的直链状或支链状的烷基。其中,优选使碳原子数为1~10、更优选使碳原子数为1~4。特别是从容易控制水解速度的方面考虑,优选为乙氧基,即优选使式(3)中的R4为乙基。
作为四烷氧基硅烷,可列举例如:四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四异丁氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷等。其中,优选使用四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷。
需要说明的是,作为四烷氧基硅烷,可以仅使用1种,也可以将2种以上组合使用。
烷氧基硅烷原料中的四烷氧基硅烷的含量没有特殊限制,但从使组合物的耐显影性和被膜的耐热性更为优异方面考虑,优选为35质量%以下、更优选为20质量%以下。下限值没有特殊限制,但在想要获得四烷氧基硅烷的添加效果的情况下,优选为0.01质量%以上,更优选为0.1质量%以上。
需要说明的是,关于本说明书中化合物的表述,除了用于该化合物本身的含义以外,还用于包含其盐、络合物、其离子的含义。另外,在起到所期望的效果的范围内,包含以规定形态修饰而成的衍生物的含义。另外,本说明书中未明确记载取代/未取代的取代基(包括连结基团)是指该基团可以具有任意取代基。对于未明确记载取代/未取代的化合物,其含义相同。作为优选的取代基,可列举下述取代基T。
作为取代基T,可列举下述基团。
可列举烷基(优选碳原子数1~20的烷基,例如甲基、乙基、异丙基、叔丁基、戊基、庚基、1-乙基戊基、苄基、2-乙氧基乙基、1-羧基甲基等)、烯基(优选碳原子数2~20的烯基,例如乙烯基、烯丙基、油基等)、炔基(优选碳原子数2~20的炔基,例如乙炔基、丁二炔基、苯基乙炔基等)、环烷基(优选碳原子数3~20的环烷基,例如环丙基、环戊基、环己基、4-甲基环己基等)、芳基(优选碳原子数6~26的芳基,例如苯基、1-萘基、4-甲氧基苯基、2-氯苯基、3-甲基苯基等)、杂环基(优选碳原子数2~20的杂环基,例如2-吡啶基、4-吡啶基、2-咪唑基、2-苯并咪唑基、2-噻唑基、2-噁唑基等)、烷氧基(优选碳原子数1~20的烷氧基,例如甲氧基、乙氧基、异丙氧基、苄氧基等)、芳氧基(优选碳原子数6~26的芳氧基,例如苯氧基、1-萘氧基、3-甲基苯氧基、4-甲氧基苯氧基等)、烷氧基羰基(优选碳原子数2~20的烷氧基羰基,例如乙氧基羰基、2-乙基己氧基羰基等)、氨基(优选碳原子数0~20的氨基,例如氨基、N,N-二甲基氨基、N,N-二乙基氨基、N-乙基氨基、苯胺基等)、磺酰胺基(优选碳原子数0~20的磺酰胺基,例如N,N-二甲基磺酰胺基、N-苯基磺酰胺基等)、酰基(优选碳原子数1~20的酰基,例如乙酰基、丙酰基、丁酰基、苯甲酰基等)、酰氧基(优选碳原子数1~20的酰氧基,例如乙酰氧基、苯甲酰氧基等)、氨基甲酰基(优选碳原子数1~20的氨基甲酰基,例如N,N-二甲基氨基甲酰基、N-苯基氨基甲酰基等)、酰基氨基(优选碳原子数1~20的酰基氨基,例如乙酰基氨基、苯甲酰基氨基等)、氰基、或卤原子(例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等),更优选列举烷基、烯基、芳基、杂环基、烷氧基、芳氧基、烷氧基羰基、氨基、酰基氨基、氰基或卤原子,特别优选列举烷基、烯基、杂环基、烷氧基、烷氧基羰基、氨基、酰基氨基或氰基。
在化合物或取代基等包含烷基、烯基等时,它们可以为直链状、也可以为支链状,可以被取代、也可以为未取代。另外,在包含芳基、杂环基等时,它们可以为单环、也可以为稠环,可以被取代、也可以为未取代。
(硅氧烷树脂的制造)
本实施方式的透光性固化膜形成用树脂组合物中所含的硅氧烷树脂可使用上述的烷氧基硅烷原料并经由水解反应及缩合反应而得到。
作为水解反应及缩合反应,可使用公知的方法,也可以根据需要而使用酸或碱等催化剂。作为催化剂,只要是可改变pH的催化剂则没有特殊限制,具体而言,作为酸(有机酸、无机酸),可列举例如硝酸、草酸、乙酸、甲酸、盐酸等,作为碱,可列举例如氨、三乙胺、乙二胺等。就所使用的量而言,只要使硅氧烷树脂满足规定的分子量则没有特殊限制。
在水解反应及缩合反应的反应体系中,也可以根据需要而加入溶剂。作为溶剂,只要可实施水解反应及缩合反应则没有特殊限制,可列举例如:水、甲醇、乙醇、丙醇等醇;乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丙基醚等醚类;乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇单甲基醚乙酸酯等酯类;丙酮、甲基乙基酮、甲基异戊基酮等酮类等。其中,这里优选应用与后述用于含有硅氧烷树脂的溶剂不同的溶剂,更优选使用碳原子数1~5的醇化合物或碳原子数2~6的醚化合物。
关于水解反应及缩合反应的条件(温度、时间、溶剂量),可根据所使用的材料的种类而适当选择最佳条件。
本实施方式中使用的硅氧烷树脂的重均分子量为1,000~50,000。其中,优选2,000~45,000、更优选2,500~25,000、特别优选3,000~25,000。重均分子量在上述范围内时,对基板的涂布性尤为良好,且涂布后的表面状态可得到良好地保持,故优选。
需要说明的是,重均分子量是利用公知的GPC(凝胶渗透色谱法)进行测定并换算为标准聚苯乙烯时的值。在没有特殊限定的情况下,GPC测定如下地进行:使用Waters2695及Shodex制GPC柱KF-805L(将3根柱直接连结)作为色谱柱,在柱温40℃下注入试样浓度0.5质量%的四氢呋喃溶液50μl,并使作为洗脱溶剂的四氢呋喃以每分钟1ml的流量流通,利用RI检测装置(Waters2414)及UV检测装置(Waters2996)检测试样峰。
本实施方式的组合物中的上述硅氧烷树脂的含量相对于组合物的总含量优选为超出5质量%且50质量%以下。其中,更优选为10~45质量%、特别优选15~40质量%。
(表面活性剂)
从进一步提高涂布性和表面性状的观点出发,本实施方式的透光性固化膜形成用树脂优选含有具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂。所谓聚氧亚烷基结构是指亚烷基和二价氧原子邻接地存在的结构,具体可列举环氧乙烷(EO)结构、环氧丙烷(PO)结构等。作为具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂,在具有该聚氧亚烷基结构的范围内,可使用氟类表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机硅类表面活性剂等各种表面活性剂。这些表面活性剂中,优选非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂及有机硅类表面活性剂,进一步优选非离子表面活性剂及阴离子表面活性剂,最优选阴离子表面活性剂。
在使用应用了本实施方式的透光性固化膜形成用树脂组合物的涂布液来形成膜的情况下,通过使被涂布面与涂布液的界面张力降低,可改善对被涂布面的润湿性,提高对被涂布面的涂布性。另外,尽管详细的作用机理尚不明确,但通过应用该表面活性剂,可以使后烘烤后的表面状态进一步优化,也能适合应对要求水准高的应用,故优选。
作为氟类表面活性剂,可列举例如:Megafac F171、Megafac F172、Megafac F173、Megafac F176、Megafac F177、Megafac F141、Megafac F142、Megafac F143、Megafac F144、Megafac R30、Megafac F437、Megafac F479、Megafac F482、Megafac F554、Megafac F780、Megafac F781(以上均由DIC(株)制);Fluorad FC430、Fluorad FC431、Fluorad FC171(以上均由Sumitomo3M(株)制);Surflon S-382、Surflon S-141、Surflon S-145、Surflon SC-101、Surflon SC-103、Surflon SC-104、Surflon SC-105、Surflon SC1068、SurflonSC-381、Surflon SC-383、Surflon S393、Surflon KH-40(以上均由旭硝子(株)制);Eftop EF301、Eftop EF303、Eftop EF351、Eftop EF352(以上均由Jemco(株)制);PF636、PF656、PF6320、PF6520、PF7002(OMNOVA公司制)等。
作为非离子类表面活性剂,具体可列举:甘油、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷的乙氧基化物及丙氧基化物(例如甘油丙氧基化物、甘油乙氧基化物等)、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油基醚(花王(株)制造的Emulgen404等)、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚乙二醇二月桂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、青木油脂工业(株)制造的ELEBASEBUB-3等。
作为阴离子类表面活性剂,具体可列举:W004、W005、W017(裕商(株)公司制)、Clariant Japan(株)制造的EMULSOGEN COL-020、EMULSOGENCOA-070、EMULSOGEN COL-080、第一工业制药(株)制造的PlysurfA208B等。
作为有机硅类表面活性剂,可列举例如:Toray Dowcorning(株)制造的“Toray Silicone DC3PA”、“Toray Silicone SH7PA”、“Toray Silicone DC11PA”、“Toray Silicone SH21PA”、“Toray Silicone SH28PA”、“Toray SiliconeSH29PA”、“Toray Silicone SH30PA”、“Toray Silicone SH8400”;MomentivePerformance Materials公司制造的“TSF-4440”、“TSF-4300”、“TSF-4445”、“TSF-4460”、“TSF-4452”;Shinetsu Silicone株式会社制造的“KP341”、“KF6001”、“KF6002”;BYK Chemie公司制造的“BYK307”、“BYK323”、“BYK330”、GELEST制造的“DBE-224”、“DBE-621”等。
表面活性剂可以仅使用1种,也可以组合使用2种以上。
另外,作为本实施方式优选的具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂,可列举下述通式(4)所示的表面活性剂。
式(4):R5O(R6O)mR7
(上述式中,R5表示碳原子数1~20的烷基,R6表示碳原子数1~4的亚烷基,R7表示氢原子、羧基或-PO3H2。m表示1~8的整数。)
更具体而言,作为式(4)中的R5,可以是直链状或支链状的烷基。其中,优选使碳原子数为5~20、更优选使碳原子数为12~18。作为式(4)中的R6,可以是直链状或支链状的亚烷基,可列举亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚异丙基、亚丁基、亚异丁基等。其中,优选亚乙基、亚异丙基(与邻接的O原子形成环氧乙烷结构或环氧丙烷结构的基团)。作为式(4)中的R7,优选为氢原子或羧基,最优选为羧基。在使用上述通式(4)所示的表面活性剂时,可以在更为理想的范围内兼顾表面性状。
表面活性剂的添加量没有特殊限制,作为其下限值,优选以相对于上述固化性树脂100质量份为1质量份以上的添加范围进行添加,更优选为1.5质量份以上,最优选7.5质量份以上。上限值也没有特殊限制,优选为30质量份以下、更优选15质量份以下。通过使添加量在该范围内,从而使表面性状优异。
在本实施方式的树脂组合物中,也可以在使用上述具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂的同时使用其它的表面活性剂、或者独立于上述具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂而使用其它的表面活性剂。作为此种其它的表面活性剂,可使用常用的表面活性剂,其中优选组合使用有机硅类表面活性剂。作为优选的有机硅类表面活性剂,可列举在侧链或末端、或者在侧链和末端导入了有机基团的聚硅氧烷型表面活性剂。作为侧链基,可列举氨基、环氧基、甲醇基、巯基、羧基、氢基、聚醚基、芳烷基、氟代烷基、苯基,作为末端基,可列举氨基、环氧基、甲醇基、甲基丙烯酰基、聚醚基、巯基、羧基、酚基、硅烷醇基、二醇基等。
或者,也优选在含有上述具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂的同时含有特定碳原子数的烷基烷氧基硅烷化合物(以下称为“烷氧基硅烷化合物α”),也可以将上述具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂、有机硅类表面活性剂及烷氧基硅烷化合物α这3种表面活性剂组合使用。作为该烷氧基硅烷化合物α,优选应用具有碳原子数4~12(更优选碳原子数6~10)的烷基的烷氧基硅烷化合物。用通式表示该化合物时,优选为下述式(5)所示的化合物。
式(5):Si(OR51)n-4(R52)n
这里,R51是与上述R4含义相同的基团。R52优选为碳原子数4~12的烷基,更优选为碳原子数6~10的烷基。n为1~3的整数。
与具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂组合使用的表面活性剂的配合量可以任意调整,例如,相对于具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂100质量份,组合使用的表面活性剂优选以0.01~100质量份的量来使用,更优选以1~100质量份的量来使用,进一步优选以10~100质量份的量使用。
(中空粒子)
上述固化性树脂组合物或将其固化而成的固化膜优选包含中空粒子。作为中空粒子,当然可以使用中空结构的粒子,也可以使用多孔的微粒。中空粒子是内部具有空洞的结构的粒子,其是指具有被外围包围的空洞的粒子,多孔粒子是指具有多个空洞的多孔的粒子。以下,适宜将中空粒子或多孔粒子称作“特定粒子”。特定粒子可以是有机粒子,也可以是无机粒子。
特定粒子的空隙率优选为10~80%、进一步优选为20~60%、最优选为30~60%。从低折射率化和保持粒子耐久性的观点考虑,优选使特定粒子的空隙率在上述范围。
从易使折射率降低的观点出发,在特定粒子中,更优选中空粒子,进一步优选中空二氧化硅粒子。例如,在中空粒子由二氧化硅构成的情况下,由于中空二氧化硅粒子中存在折射率低的空气(折射率=1.0),因此,其折射率与通常的二氧化硅(折射率=1.6)相比显著降低。
作为中空粒子的制造方法,可应用例如日本特开2001-233611号公报中记载的方法。另外,多孔粒子的制造方法可应用例如日本特开2003-327424号、日本特开2003-335515号、日本特开2003-226516号、日本特开2003-238140号等的各公报中记载的方法。
另外,特定粒子的平均一次粒径优选为1nm~200nm、更优选为10nm~100nm。
特定粒子的平均一次粒径可通过利用透射电子显微镜观察分散的粒子、并由所得照片来求出。求出粒子的投影面积,由该投影面积求出圆当量直径,将其作为平均一次粒径。本说明书中的平均一次粒径通过针对300个以上的粒子测定投影面积并求出圆当量直径而算出。
特定粒子的折射率优选为1.10~1.40、进一步优选为1.15~1.35、最优选为1.15~1.30。
这里的折射率表示粒子整体的折射率,在粒子为中空粒子的情况下,并不表示仅仅是形成中空粒子的外壳的折射率。在粒子为多孔粒子的情况下,多孔粒子的折射率可利用阿贝折射率计(Atago(株)制)进行测定(测定温度25℃、波长633nm)。
从低折射率化的观点出发,特定粒子优选为中空或多孔的无机粒子。作为无机的低折射率粒子,可列举氟化镁、二氧化硅的粒子,从低折射率性、分散稳定性、成本的观点出发,更优选为二氧化硅粒子。
这些无机粒子的平均一次粒径优选为1nm~100nm、更优选1nm~60nm。
无机粒子在满足必要的空隙率的情况下,其晶系可以为结晶质、无定形中的任意一种,另外,可以为单分散粒子,若满足规定的粒径,则也可以是凝聚粒子。就形状而言,最优选为球状,但也可以为念珠状、长径与短径之比为1以上的形状、或者为无定形状。
无机粒子的比表面积优选为10m2/g~2000m2/g、进一步优选为20m2/g~1800m2/g、最优选为50m2/g~1500m2/g。
对于无机粒子,为了谋求在固化性树脂组合物中的分散稳定化,或者,为了提高与粘合剂成分的亲和性、结合性,也可实施如等离子体放电处理、电晕放电处理之类的物理性表面处理、利用表面活性剂、偶联剂等的化学性表面处理。特别优选使用偶联剂。作为偶联剂,优选使用烷氧基金属化合物(例如钛偶联剂、硅烷偶联剂)。其中,硅烷偶联处理是特别有效的。
即,在无机粒子为二氧化硅粒子、且偶联剂为硅烷化合物的情况下,通过硅烷化合物与硅烷醇基的反应,使有机甲硅烷基(单有机甲硅烷基、二有机甲硅烷基、三有机甲硅烷基)键合于二氧化硅粒子的表面。作为经表面处理后的二氧化硅粒子在其表面所具有的有机基团,可列举饱和或不饱和的碳原子数1~18的烃基、碳原子数1~18的卤代烃基等。
上述偶联剂可在配制低折射率膜用涂布液之前作为无机粒子的表面处理剂而预先用于实施表面处理,也可以在配制涂布液时进一步作为添加剂进行添加。
为了减轻表面处理的负担,优选在进行表面处理之前预先将无机粒子分散于介质中。
特定粒子的更优选的实施方式为二氧化硅粒子。
作为由二氧化硅形成的特定粒子,可优选使用市售的制品。
例如,可使用:日挥触媒化成(株)制造的Thrulya系列(中空粒子、异丙醇(IPA)分散、4-甲基-2-戊酮(MIBK)分散等。例如Thrulya2320等。)、OSCAL系列;日产化学(株)制造的Snowtex系列(多孔粒子、IPA分散、乙二醇分散、甲基乙基酮(MEK)分散、二甲基乙酰胺分散、MIBK分散、丙二醇单甲基乙酸酯分散、丙二醇单甲基醚分散、甲醇分散、乙酸乙酯分散、乙酸丁酯分散、二甲苯-正丁醇分散、甲苯分散等。例如MIBK-SD-L、MIBK-ST等。);日铁矿业(株)制造的Silinax(多孔粒子);扶桑化学工业(株)制造的PL系列(多孔粒子、IPA分散、甲苯分散、丙二醇单甲基醚分散、甲基乙基酮分散等。例如PL-1-IPA、PL-2L-PGME等。);EVONIK公司制造的Aerosil系列(多孔粒子、丙二醇乙酸酯分散、乙二醇分散、MIBK分散等)等二氧化硅粒子。
在将二氧化硅粒子制成含有二氧化硅粒子和粒子分散剂(粒子分散剂的详情如后所述)的分散液并添加到感光性组合物中的情况下,二氧化硅粒子在二氧化硅分散液中的含量优选为10质量%~50质量%、更优选15质量%~40质量%、进一步优选15质量%~30质量%。
相对于固化性树脂组合物中的全部固体成分,特定粒子的含量优选为5质量%~95质量%、更优选为10质量%~90质量%、进一步优选为20质量%~90质量%。
在使用固化性树脂组合物来形成膜的情况下,特定粒子的涂设量优选为1mg/m2~100mg/m2、更优选为5mg/m2~80mg/m2、进一步优选为10mg/m2~60mg/m2。通过使涂设量在1mg/m2以上,可切实地获得低折射率化的效果、耐擦伤性的改良效果,并且,通过使涂设量在100mg/m2以下,可以在固化膜的表面形成微细的凹凸而抑制积分反射率劣化。
(氟类树脂)
上述固化性树脂组合物或将其固化而成的固化膜优选包含氟类树脂。可列举例如日本特开2004-21036号公报中记载的氟类硅氧烷聚合物。
所谓氟类树脂是物质分子中含有氟的树脂,具体可列举聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯/乙烯共聚物、六氟丙烯/丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯/乙烯共聚物等,其中,优选聚四氟乙烯、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、四氟乙烯/乙烯共聚物、聚偏氟乙烯,特别优选聚四氟乙烯、四氟乙烯/乙烯共聚物,进一步优选聚四氟乙烯,还优选使用由聚四氟乙烯粒子和有机类聚合物形成的含有聚四氟乙烯的混合粉体。聚四氟乙烯等氟类树脂的分子量优选在10万~1000万的范围、尤其更优选在10万~100万的范围,此时对于挤出成型性和阻燃性尤为有效。作为聚四氟乙烯的市售品,市售有:Du Pont-Mitsui Fluorochemicals(株)制造的“Teflon(注册商标)”6-J、“Teflon(注册商标)”6C-J、“Teflon(注册商标)”62-J;Asahi-ICIFluoropolymers(株)制造的“Fluon”CD1、CD076等。另外,作为由聚四氟乙烯粒子和有机类聚合物形成的含有聚四氟乙烯的混合粉体的市售品,市售有三菱丽阳(株)制造的“Metablen(注册商标)”A系列,例如市售有“Metablen(注册商标)”A-3000、“Metablen(注册商标)”A-3800等。另外,聚四氟乙烯的“Teflon(注册商标)”6-J等容易发生凝聚,因此在用亨舍尔混合机等将其与其它树脂组合物一起机械性地强烈混合时,有时会因凝聚而结块,会因混合条件不同而存在操作性、分散性方面的课题。另一方面,由聚四氟乙烯粒子和有机类聚合物形成的含有聚四氟乙烯的混合粉体的上述操作性及分散性优异,因此特别优选使用。对于上述由聚四氟乙烯粒子和有机类聚合物形成的含有聚四氟乙烯的混合粉体并无限定,可列举日本特开2000-226523号公报中公开的由聚四氟乙烯粒子和有机类聚合物形成的含有聚四氟乙烯的混合粉体等,作为上述有机类聚合物,是以10质量%以上的量含有芳香族乙烯基类单体、丙烯酸酯类单体及氰化乙烯基类单体的有机类聚合物等,也可以是它们的混合物,含有聚四氟乙烯的混合粉体中聚四氟乙烯的含量优选为0.1质量%~90质量%。
进而,作为氟树脂,还优选无定形氟树脂、含有含全氟烷基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的共聚低聚物、氟类涂敷剂、氟类表面活性剂、含有电子束或紫外线固化成分的氟类表面处理剂、含有热固化成分的氟类表面处理剂等。作为含有含全氟烷基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的共聚低聚物的其它共聚成分,优选丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯。
具体例如下所示。作为无定形氟树脂,可列举旭硝子公司制造的Lumiflon、旭硝子公司制造的CYTOP等。作为以含全氟烷基的(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸烷基酯为主要成分的共聚低聚物,可列举:日本油脂公司制造的Modiper F系列;大金工业公司制造的Unidyne;大日本油墨化学工业公司制造的Megafac F470系列、Megafac F480系列、Megafac F110系列等。共聚更优选为嵌段共聚。作为氟类涂敷剂,可列举住友3M公司制造的EGC1700。作为氟类表面活性剂,可列举大日本油墨化学工业制造的MegafacF114、Megafac F410系列、Megafac440系列、Megafac450、Megafac490系列等。作为含有电子束或紫外线固化成分的氟类表面处理剂,可列举Omnova Solutions公司制造的PolyFox PF-3320、Unimatec公司制造的Cheminox FAMAC-8、住友3M公司制造的EGC1720等。作为含有热固化成分的氟类表面处理剂,可列举住友3M公司制造的EGC1720、大日本油墨化学工业公司制造的NH-10、NH-15等。
作为无定形氟树脂的例子,可列举具有下述结构式的树脂。
[化学式2]
氟树脂也可以是多种含氟化合物的混合。
氟类树脂的添加量没有特殊限制,但从与上述硅氧烷树脂同样的观点出发,优选为与上述硅氧烷树脂同样的含有率范围。
(固化剂)
本实施方式的透光性固化膜形成用树脂组合物还可以进一步含有固化剂。作为固化剂,优选为包含Al、Mg、Mn、Ti、Cu、Co、Zn、Hf及Zr的固化剂,也可以将它们组合使用。
这些固化剂可通过使螯合剂与金属烷氧化物反应而容易地获得。作为螯合剂的例子,可使用乙酰丙酮、苯甲酰丙酮、二苯甲酰基甲烷等β-二酮;乙酰乙酸乙酯、苯甲酰乙酸乙酯等β-酮酸酯等。
作为金属基螯合化合物的优选的具体例,可列举:乙酰乙酸乙酯二异丙氧基铝、三(乙酰乙酸乙酯)铝、乙酰乙酸烷基酯二异丙氧基铝、单乙酰乙酸双(乙酰乙酸乙酯)铝、三(乙酰丙酮)铝等铝螯合化合物;乙酰乙酸乙酯单异丙氧基镁、双(乙酰乙酸乙酯)镁、乙酰乙酸烷基酯单异丙氧基镁、双(乙酰丙酮)镁等镁螯合化合物;四乙酰丙酮锆、三丁氧基乙酰丙酮锆、乙酰丙酮双(乙酰乙酸乙酯)锆;乙酰丙酮锰;乙酰丙酮钴;乙酰丙酮铜;乙酰丙酮钛;乙酰丙酮氧钛。其中,优选三(乙酰丙酮)铝、三(乙酰乙酸乙酯)铝、双(乙酰丙酮)镁、双(乙酰乙酸乙酯)镁、四乙酰丙酮锆,考虑到保存稳定性、获取容易程度,特别优选三(乙酰丙酮)铝、三(乙酰乙酸乙酯)铝。
相对于硅氧烷树脂的总含量100质量份,固化剂的总含量优选为0.001质量份~10质量份,进一步优选为0.01质量份~5质量份,特别优选为0.01质量份~0.5质量份。存在固化剂时,固化可充分进行,在制成固化膜的情况下,不仅能够获得良好的耐化学品性,还使表面性状优异。
(溶剂)
本实施方式的透光性固化膜形成用树脂组合物(固化性树脂组合物)通常可使用有机溶剂而构成。有机溶剂只要满足各成分的溶解性、透光性固化膜形成用树脂组合物的涂布性,则基本上没有特殊限制,但特别优选考虑到粘合剂的溶解性、涂布性、安全性而进行选择。另外,在制备本实施方式的透光性固化膜形成用树脂组合物时,也可以含有2种有机溶剂。
就有机溶剂而言,作为酯类,可适宜列举例如乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、甲酸戊酯、乙酸异戊酯、乙酸异丁酯、丙酸丁酯、丁酸异丙酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、羟基乙酸烷基酯(例如羟基乙酸甲酯、羟基乙酸乙酯、羟基乙酸丁酯(例如甲氧基乙酸甲酯、甲氧基乙酸乙酯、甲氧基乙酸丁酯、乙氧基乙酸甲酯、乙氧基乙酸乙酯等))、3-羟基丙酸烷基酯类(例如3-羟基丙酸甲酯、3-羟基丙酸乙酯等(例如3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯等))、2-羟基丙酸烷基酯类(例如2-羟基丙酸甲酯、2-羟基丙酸乙酯、2-羟基丙酸丙酯等(例如2-甲氧基丙酸甲酯、2-甲氧基丙酸乙酯、2-甲氧基丙酸丙酯、2-乙氧基丙酸甲酯、2-乙氧基丙酸乙酯))、2-氧基-2-甲基丙酸甲酯及2-氧基-2-甲基丙酸乙酯(例如2-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯、2-乙氧基-2-甲基丙酸乙酯等)、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸丙酯、乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、2-氧代丁酸甲酯、2-氧代丁酸乙酯等;另外,作为醚类,可适宜列举例如二乙二醇二甲基醚、二丙二醇二甲基醚、四氢呋喃、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单丁基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单正丁基醚、丙二醇单叔丁基醚、丙二醇单甲基醚乙酸酯、丙二醇单乙基醚乙酸酯、丙二醇单丙基醚乙酸酯等;另外,作为酮类,可适宜列举例如甲基乙基酮、环己酮、2-庚酮、3-庚酮等;另外,作为芳香族烃类,可适宜列举例如甲苯、二甲苯等。
特别优选为上述的3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙基溶纤剂乙酸酯、乳酸乙酯、二乙二醇二甲基醚、乙酸丁酯、3-甲氧基丙酸甲酯、2-庚酮、环己酮、乙基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、丙二醇甲基醚、二丙二醇二甲基醚、丙二醇单正丁基醚、丙二醇单叔丁基醚、及丙二醇甲基醚乙酸酯。
被应用在本实施方式的透光性固化膜形成用树脂组合物中的溶剂在透光性固化膜形成用树脂组合物的总量中优选为50~99.9质量%、更优选60~95质量%。该化合物的量在上述下限值以上的情况下,涂布性良好,故优选。在上述上限值以下的情况下,同样也可使涂布性良好,故优选。
(粘度)
从形成具有厚度的良好透射膜的观点出发,优选对本实施方式的透光性固化膜形成用树脂组合物的粘度进行调节。对于具体的粘度范围没有特殊限定,但优选为1~20cP、更优选为2~15cP、特别优选为4~6cP。本说明书中的粘度值没有特殊限定,采用以后述测定方法测得的值。
·测定方法
使用E型粘度计“TV-20型粘度计-锥板型TVE-20L”(东机产业制)在室温(约25℃)下进行测定。取样每隔100秒进行测定并将测定5次粘度所得的平均值作为本说明书中的粘度值。
需要说明的是,本发明中的所谓组合物是指2种以上的成分以特定的组成实质上均匀地存在。这里,所谓实质上均匀地存在的含义包括:可以在实现发明作用效果的范围内使各成分不均地存在。另外,所谓组合物只要满足上述定义,则形态并无特殊限定,并不限定于流动性的液体或糊剂,也包括由多种成分构成的固体或粉末等的含义。进而,在诸如具有沉积物这样的情况下,可通过搅拌而保持规定时间的分散状态这样的情况也包括在组合物的含义中。
<微透镜单元(光学构件组)>
本发明的优选实施方式的微透镜单元被组装于固体摄像元件内、且具有微透镜体和被覆该微透镜体的透光性固化膜。需要说明的是,微透镜体的用语包括微透镜阵列的含义,有时仅统称为透镜体(lens member、lens members)。在使用微透镜阵列作为微透镜体的情况下,理想的情况为:作为微透镜体之间的间隙的沟部被无间隙地埋入透光性固化膜而完全未产生空隙(空穴)等。在此种形态中,微透镜单元不会对通过该单元的光产生由空穴引起的干扰(noise),可发挥出良好的品质性能。
作为本实施方式的微透镜体的形状,没有特殊限制,但优选使用凸透镜。在没有特殊限定的情况下,本发明中的所谓凸透镜包括平凸透镜、双凸透镜、正弯月透镜等,其是指具有朝向至少一个方向凸出的部位的透镜。作为具体的凸透镜的形状,可列举多面体状、球面状及非球面状(由自由曲面形成的无球面像差的形状)等。上述多面体的形状可列举正多面体状、半正多面体状、圆柱状及圆筒状(cylindrical shape)等。另外,只要具有聚光效果,则菲涅耳透镜等也包含于本发明的凸透镜中。
<微透镜体(第2光学构件)>
本实施方式中,微透镜体与透光性固化膜接触的表面的水接触角为70°以上、优选75°以上。通过使该水接触角在该下限值以上,可使透光性固化膜的表面状态变得良好。从同样的观点出发,该接触角进一步为97°以下、优选为92°以下、更优选为85°以下。需要说明的是,在没有特殊限定的情况下,接触角是利用后述实施例中采用的方法测定的值。
本实施方式中,优选使透镜体由显示高折射率性的材料制成。具体而言,透镜体的折射率(波长633nm、测定温度25℃)优选为1.8以上、更优选为1.85~1.95。若折射率在该范围内,则在与上述的防反射膜组合使用时可获得品质性能良好的透镜单元。
上述下层优选含有二氧化钛或氧化锆、并且优选具有二氧化钛或氧化锆的粒子、或者中空粒子。通过选择其作为下层,可减小像素间的偏差,故优选。上述粒子的粒径没有特殊限制,其一次粒径为1nm~100nm,优选为1nm~80nm,特别优选为1nm~50nm。在没有特殊说明的情况下,本说明书中的所谓平均粒径是指通过后述实施例中所采用的测定方法测定的值。对于上述粒子的具体构成没有特殊限制,可适当选择并使用这种制品通常所应用的构成。
作为诸如本实施方式这样的将微透镜体用作微透镜阵列的形态,优选将其凸出方向实质上朝向同一方向排列。这里的所谓排列是指将2个以上的微透镜体以规定间隔并列地设置,其间隔可以均匀、也可以不同。优选二维地排列成1个平面状,更优选等间隔地进行二维排列。另外,作为透镜间的间隔,通常为100~1,000nm的范围,在致密排列的情况下,更优选为100~400nm。在透镜间大多形成有凹部,作为其形状,由凸出的凸透镜的形状决定。如果是剖面为弓形(以圆弧和弦所定义的面)的凸透镜,则会形成具有如下剖面的凹部,即V字的2条线以逆圆弧所构成的剖面。
透镜体(下层)的高度(厚度)没有特殊限制,优选为200nm(0.2μm)以上、更优选250nm(0.25μm)以上。作为上限,优选为2000nm(2μm)以下、更优选为1000nm(1μm)以下、特别优选900nm(0.9μm)以下。透镜体的宽度没有特殊限制,较为实际的是相对于下方的彩色滤光片尺寸为70~80%(例如,在彩色滤光片尺寸为1400nm的情况下,透镜体的宽度为980~1120nm)。这里所述的透镜体的高度是指透镜体的最长点的高度。
<微透镜单元的制造方法>
作为本发明中能够取得微透镜单元的实施方式,没有特殊限制,可根据微透镜单元的用途、目的而适当选择。具体的实施方式可列举如下,但本发明并不限定于这些构成。需要说明的是,本说明书中称为“被覆”时,不仅是指直接与对象物相抵接地被覆的情况,还包括隔着其它层进行被覆的情况。
第一实施方式:微透镜体直接被透光性固化膜被覆的方式;
第二实施方式:微透镜体被外涂层被覆、并进一步被透光性固化膜被覆的方式;
第三实施方式:在微透镜体与半导体受光单元之间形成透光性固化膜的方式
上述中,优选第一实施方式。以下,针对第一实施方式的制造方法进行详细说明。
(组合物的涂布)
优选将本实施方式的透光性固化膜形成用树脂组合物用作防反射膜、低折射率膜的形成材料。为了形成固化膜而在透镜体等被加工物上涂布该透光性固化膜形成用树脂组合物的方法没有特殊限制,可应用适宜的公知涂布方法。例如,可应用旋涂法、浸涂法、辊刮刀法(roller blade method)、喷雾法等。根据需要,优选对所涂布的涂膜实施加热处理等而将涂膜中所含的溶剂除去。
(固化膜的形成)
优选将透光性固化膜形成用树脂组合物应用于被加工物,然后进行溶剂除去而形成固化膜。因此,通过将涂布后的涂膜在优选60~200℃、更优选100~150℃的条件下静置优选1~10分钟、更优选1~5分钟来进行。需要说明的是,该溶剂除去也可以在不同条件下实施2次以上。
本实施方式中,优选对上述涂布的透光性固化膜形成用树脂组合物进行加热并进一步促进其固化。这样一来,可实现更为稳定的形态,并且可以提高耐显影性。其加热温度只要可使涂膜固化则没有特殊限制,通常优选为150~400℃。其中,优选150~280℃、更优选150~240℃。采用上述加热条件时,涂膜充分固化,可获得优异的膜。作为加热时间,没有特殊限制,优选为1~60分钟、更优选1~30分钟。作为加热的方法,没有特殊限制,可应用利用热板、烘箱、炉等的加热。
作为加热时的气体氛围,没有特殊限制,可应用不活泼气体氛围、氧化性气体氛围等。不活泼气体氛围可利用氮气、氦气、氩气等不活泼气体来实现。氧化性气体氛围可利用这些不活泼气体与氧化性气体的混合气体来实现,另外,还可以利用空气。作为氧化性气体,可列举例如氧气、一氧化碳、一氧化二氮等。加热工序可以在加压下、常压下、减压下或真空中的任意压力下实施。
经上述加热处理而得到的固化膜主要由有机氧化硅(SiOC)构成。由此,根据需要,即使是例如微细图案,也可以对被加工物、固化膜进行高精度的蚀刻加工,还能够适宜与微小固体摄像元件的制造工序相对应。
(防反射膜)
作为本发明的固化膜的适宜的使用形态,可列举防反射膜。特别是,适宜作为用于使用了固体摄像元件等的光学器件、例如用于图像传感器用微透镜、等离子体显示面板、液晶显示器、有机电致发光等的防反射膜。用作防反射膜时的反射率越低越优选。具体而言,在450~650nm的波长范围内的镜面平均反射率优选为3%以下、进一步优选为2%以下、最优选为1%以下。需要说明的是,反射率越小越优选,最优选为0。
防反射膜的雾度优选为3%以下、进一步优选为1%以下、最优选0.5%以下。需要说明的是,反射率越小越优选,最优选实质上为0。
<固体摄像元件>
本发明的优选实施方式的固体摄像元件按照在半导体受光单元上具有微透镜单元、并且使微透镜体与彩色滤光片接触的方式进行组装。受光元件接受依次通过透光性固化膜、透镜体及彩色滤光片的光,并作为图像传感器发挥作用。具体而言,透光性固化膜作为防反射膜发挥作用,并使透镜体的聚光效率提高,通过透镜体有效聚集后的光经由彩色滤光片而被受光元件检测到。由于它们遍及用以检测分别对应于RGB的光的元件整体而发挥作用,因此即使在受光元件和透镜体被高密度地排列的情况下,也能够获得极为鲜明的图像。
需要说明的是,元件或单元的上方和下方没有特殊限制,在没有特殊说明的情况下,以透光性固化膜一侧为上方或外方,并且以受光元件一侧为下方或内方。
作为应用了微透镜阵列的固体摄像元件的例子,可列举日本特开2007-119744号公报中记载的元件。具体而言,在形成于半导体基板表面的CCD(电荷耦合元件(Charge Coupled Device))区域或光电转换部之间具有传输电极,并在该传输电极上隔着层间膜形成有遮光膜。在遮光膜上层叠有由BPSG(Boro-Phospho-Silicate Grass(硼磷硅玻璃))等形成的层间绝缘膜、钝化膜(passivation film)及由丙烯酸类树脂等形成的低折射率的透明平坦化膜,并在其上形成有将R.G.B.组合而成的彩色滤光片。进而,隔着保护膜、以位于作为受光区域的光电转换部的上方的方式排列并形成有多个微透镜。
本发明的优选实施方式的微透镜单元优选为下述构成。即,使用多个凸透镜作为上述微透镜体,该多个凸透镜按照其凸出方向实质上朝向同一方向的方式排列,且该多个凸透镜自其凸出方向被覆盖而被上述透光性固化膜被覆,在形成于上述多个凸透镜间的凹部实质上无间隙地填充有上述透光性固化膜,另一方面,使该透光性固化膜的与上述透镜体相反的一侧为平坦面。
本发明中,微透镜单元也适用于除固体摄像元件用以外的其它用途。作为其它用途,可列举例如各种OA设备、液晶电视、手机、投影仪等的液晶显示元件、传真机、电子复印机、固体摄像元件等的晶载彩色滤光片(On-chipcolor filter)的成像光学系统等,可用于上述各种用途。
以下,针对本发明的下层(高折射率层)的优选实施方式进行详细说明。对于下述记载的技术方案的说明是基于本发明的代表性的实施方式而完成的,但本发明并不限定于这样的实施方式。
本发明的下层(高折射率层)优选由选自下述说明的分散组合物I或II中的至少一种分散组合物形成。
<分散组合物I>
所述分散组合物I是指:含有一次粒径为1nm~100nm的金属氧化物粒子(A)、具有除氢原子以外的原子数在40~10000范围的接枝链的接枝共聚物(B)以及溶剂(C),并且金属氧化物粒子(A)的含量相对于分散组合物的全部固体成分为50质量%以上且90质量以下的分散组合物。
需要说明的是,在本发明中,除了后述实施方式的树脂组合物以外,还适宜使用市售的固化性树脂。以下列出其商品名(产品编号)。
(1)超高折射率、高耐热涂敷材料:UR-108、UR-202、UR-501、HR-102(日产化学工业公司制)
(2)厚膜用高折射率涂敷材料:UR-108、UR-204、HR-201(日产化学工业公司制)
(3)硫代环氧树脂LPH1101(三菱瓦斯化学公司制)
(4)环硫树脂(episulfide resin)MR-174(三井化学公司制)
(5)硫代聚氨酯树脂MR-7(三井化学公司制)
(A)金属氧化物粒子
金属氧化物粒子是折射率高的无机粒子,可列举钛(Ti)、锆(Zr)、铝(Al)、硅(Si)、锌(Zn)或镁(Mg)的氧化物粒子,优选为二氧化钛(TiO2)粒子、二氧化锆(ZrO2)粒子或二氧化硅(SiO2)粒子,其中,更优选二氧化钛粒子(以下也简称为“二氧化钛”)。
作为无色或透明的二氧化钛粒子,可以以化学式TiO2表示,优选使纯度为70%以上、更优选使纯度为80%以上、进一步优选使纯度为85%以上。优选使以通式TinO2n-1(n表示2~4的数)表示的低价氧化钛、氮氧化钛等为30质量%以下、更优选为20质量%以下、进一步优选为15质量%以下。
上述金属氧化物粒子的一次粒径优选为1nm~100nm、更优选1nm~80nm、特别优选1nm~50nm。金属氧化物粒子的一次粒径超过100nm时,会使折射率及透射率降低。另外,在金属氧化物粒子的一次粒径低于1nm时,有时会因凝聚而引起分散性、分散稳定性下降。
金属氧化物粒子的平均粒径是利用后述实施例中采用的测定方法得到的值。
作为金属氧化物粒子的折射率,没有特殊限制,从获得高折射率的观点出发,优选为1.75~2.70、进一步优选1.90~2.70。该折射率的测定方法与上述中空粒子相同。
另外,金属氧化物粒子的比表面积优选为10m2/g~400m2/g、进一步优选为20m2/g~200m2/g、最优选30m2/g~150m2/g。
另外,金属氧化物粒子的形状没有特殊限制。可以为例如米粒状、球状、立方体状、纺锤状或者无定形状。
金属氧化物粒子也可以是经有机化合物进行表面处理后的粒子。用于表面处理的有机化合物的例子包括多元醇、烷醇胺、硬脂酸、硅烷偶联剂及钛酸酯偶联剂。其中,优选硅烷偶联剂。
表面处理可以利用单独1种表面处理剂来实施,也可以组合2种以上的表面处理剂来实施。
另外,优选使金属氧化物粒子的表面被铝、硅、氧化锆等氧化物覆盖。由此,可进一步提高耐候性。
作为金属氧化物粒子,优选使用市售的金属氧化物粒子。
作为二氧化钛粒子的市售物,可列举例如:石原产业(株)制造的TTO系列(TTO-51(A)、TTO-51(C)等)、TTO-S、V系列(TTO-S-1、TTO-S-2、TTO-V-3等);Tayca(株)制造的MT系列(MT-01、MT-05等)等。
作为二氧化锆粒子的市售物,可列举例如UEP(第一稀元素化学工业(株)制)、PCS(日本电工(株)制)、JS-01、JS-03、JS-04(日本电工(株)制)、UEP-100(第一稀元素化学工业(株)制)等。
作为二氧化硅粒子的市售物,可列举例如科莱恩公司(Clariant Co.)制造的OG502-31等。
金属氧化物粒子可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
另外,在构成本实施方式的分散组合物(I)时,为了获得非常高的折射率,就组合物中金属氧化物粒子的含量而言,从分散稳定性的观点出发,优选相对于分散组合物全部固体成分为10~90质量%、更优选为10~50质量%、进一步优选为12~40质量%、特别优选为15~35质量%。
另一方面,特别是在用于高折射率的微透镜时,相对于分散组合物的全部固体成分为50质量%~90质量%、更优选为52质量%~85质量%、最优选为55质量%~80质量%。
如上所述,近年来,伴随高像素化,单一像素的尺寸变得极小,为了更为有效地聚光,要求具有更高折射率的微透镜,而在金属氧化物粒子的含量相对于分散组合物的全部固体成分低于50质量%时,是很难获得这样的微透镜的。
另外,若金属氧化物粒子的含量相对于分散组合物(I)的全部固体成分超过90质量%,则由于难以存在足够量的接枝共聚物(B)等的理由,容易使分散性及分散稳定性受损。进而,在将分散组合物(固化性组合物)涂布于大尺寸(例如12英寸)的晶片的情况下,难以形成晶片的中心部与周边部的膜厚差小的膜。
(B)接枝共聚物
本实施方式的分散组合物包含接枝共聚物(以下也称为“特定树脂”)。本实施方式的接枝共聚物具有除氢原子以外的原子数在40~10000范围的接枝链。此时的所谓接枝链表示自共聚物主链的根部(从主链分支出的基团中与主链相键合的原子)到从主链分支出的基团的末端为止的链。分散组合物中,该特定树脂是赋予金属氧化物粒子以分散性的分散树脂,因其具有由接枝链带来的与溶剂的亲和性,因此金属氧化物粒子的分散性及经时后的分散稳定性优异。另外可认为:在制成分散组合物时,由于接枝链与溶剂显示出良好的相互作用,因此可抑制涂布膜的膜厚均匀性变差。
作为(B)接枝共聚物,优选使每1条接枝链的除氢原子以外的原子数为40~10000、更优选为100~500、进一步优选为150~260。如果该原子数过少,则由于接枝链短,因而有时会使空间排斥效果变小,分散性、分散稳定性降低。另一方面,如果该原子数过多,则接枝链变得过长,有时对金属氧化物粒子的吸附力会下降而使分散性、分散稳定性降低。需要说明的是,所谓每1条接枝链的除氢原子以外的原子数是指:自键合于构成主链的高分子链的根部的原子到从主链分支出的分支聚合物的末端为止所含的除氢原子以外的原子个数。另外,在接枝共聚物包含2种以上接枝链的情况下,至少1种接枝链的除氢原子以外的原子数满足上述条件即可。
作为接枝链的聚合物结构,可采用聚(甲基)丙烯酸结构、聚酯结构、聚氨酯结构、聚脲结构、聚酰胺结构、聚醚结构等,但为了提高接枝链与溶剂的相互作用性、并由此来提高分散性及分散稳定性,优选具有聚(甲基)丙烯酸结构、聚酯结构、聚醚结构的接枝链,更优选具有聚酯结构、聚醚结构。
接枝共聚物优选具有包含上述接枝链的结构单元(重复单元),可通过例如基于常规方法使具有聚合物结构作为接枝链的大分子单体聚合而得到,作为这样的大分子单体的结构,只要具有可与聚合物主链部反应的取代基且具有满足条件的接枝链即可,没有特殊限制,可优选适当地使用具有反应性双键性基团的大分子单体。
作为适用于合成特定树脂的市售大分子单体,可列举:AA-6(东亚合成公司制)、AA-10(东亚合成公司制)、AB-6(东亚合成公司制)、AS-6(东亚合成公司制)、AN-6(东亚合成公司制)、AW-6(东亚合成公司制)、AA-714(东亚合成公司制)、AY-707(东亚合成公司制)、AY-714(东亚合成公司制)、AK-5(东亚合成公司制)、AK-30(东亚合成公司制)、AK-32(东亚合成公司制)、BlemmerPP-100(日油公司制)、Blemmer PP-500(日油公司制)、Blemmer PP-800(日油公司制)、Blemmer PP-1000(日油公司制)、Blemmer55-PET-800(日油公司制)、Blemmer PME-4000(日油公司制)、Blemmer PSE-400(日油公司制)、BlemmerPSE-1300(日油公司制)、Blemmer43PAPE-600B(日油公司制)等。其中,优选列举AA-6(东亚合成公司制)、AA-10(东亚合成公司制)、AB-6(东亚合成公司制)、AS-6(东亚合成公司制)、AN-6(东亚合成公司制)、BlemmerPME-4000(日油公司制)等。
就本实施方式中使用的特定树脂而言,作为具有上述接枝链的结构单元,优选至少包含下述式(1)~式(4)中任一化学式所示的结构单元。
[化学式3]
X1、X2、X3、X4及X5分别独立地表示氢原子或1价有机基团。从合成上的限制考虑,优选为氢原子或碳原子数1~12的烷基,更优选为氢原子或甲基,特别优选为甲基。
W1、W2、W3及W4分别独立地表示氧原子或NH,特别优选为氧原子。
R3表示支链或直链的亚烷基(碳原子数优选为1~10、更优选为2或3),从分散稳定性的观点出发,优选为-CH2-CH(CH3)-所示的基团、或-CH(CH3)-CH2-所示的基团。也可以在特定树脂中混合使用2种以上结构不同的R3
Y1、Y2、Y3及Y4分别独立地为2价连结基团,在结构上没有特殊限制。具体可列举下述(Y-1)~(Y-21)的连结基团等。下述结构中的A、B分别表示与式(1)~式(4)中的左末端基、右末端基的键合。在如下所示的结构中,从合成的简便性出发,更优选(Y-2)、(Y-13)。
[化学式4]
Z1、Z2、Z3及Z4分别独立地为氢原子或1价取代基,取代基的结构没有特殊限制,具体可列举烷基、羟基、烷氧基、芳氧基或杂芳氧基、烷基硫醚基、芳基硫醚基或杂芳基硫醚基、氨基等。其中,特别是从提高分散性的观点出发,优选具有空间排斥效果,作为Z1~Z3所示的1价取代基,优选分别独立地为碳原子数5~24的烷基或碳原子数5~24的烷氧基,其中,特别优选分别独立地为碳原子数5~24的具有支链烷基的烷氧基或碳原子数5~24的具有环状烷基的烷氧基。另外,作为Z4所示的1价取代基,优选为碳原子数5~24的烷基,其中,优选分别独立地为碳原子数5~24的支链烷基或碳原子数5~24的环状烷基。
n、m、p及q分别为1~500的整数。
j及k分别独立地表示2~8的整数。
从分散稳定性的观点出发,j及k优选为4~6的整数、最优选为5。
R4表示氢原子或1价有机基团,结构上并无特殊限定,优选为氢原子、烷基、芳基、杂芳基,进一步优选为氢原子、烷基。在该R4为烷基的情况下,作为该烷基,优选为碳原子数1~20的直链状烷基、碳原子数3~20的支链状烷基、或碳原子数5~20的环状烷基,更优选为碳原子数1~20的直链状烷基,特别优选为碳原子数1~6的直链状烷基。也可以在特定树脂中混合使用2种以上结构不同的R4
作为上述式(1)所示的结构单元,从分散稳定性的观点出发,更优选为下述式(1A)或(2A)所示的结构单元。
[化学式5]
式(1A)中,X1、Y1、Z1及n与式(1)中的X1、Y1、Z1及n同义,且优选的范围也相同。
式(2A)中,X2、Y2、Z2及m与式(2)中的X2、Y2、Z2及m同义,且优选的范围也相同。
作为特定树脂,进一步优选具有上述式(1A)所示结构单元的树脂。
特定树脂中,以质量换算,具有上述接枝链的结构单元(重复单元)的含量相对于特定树脂的总质量优选在10%~75%的范围,更优选在12%~50%的范围,特别优选在15%~40%的范围。在该范围内时,金属氧化物粒子的分散性及分散稳定性高、使用分散组合物而形成的涂布膜的膜厚的均匀性变得更为良好。另外,作为特定树脂,也可以是2种以上结构不同的接枝共聚物的组合。
另外,特定树脂优选为相对于特定树脂的总质量具有25质量%以上且90质量%以下的含酸基结构单元(重复单元)的聚合物。含酸基结构单元的含量相对于特定树脂的总质量更优选为50质量%以上且80质量%以下、最优选为60质量%以上且75质量%以下。在含酸基结构单元的含量相对于特定树脂的总质量少于25质量%时,特定树脂对金属氧化物粒子的吸附性不足而使分散稳定性变差,将分散组合物(固化性组合物)涂布于大尺寸(例如12英寸)的晶片时,难以形成晶片的中心部与周边部的膜厚差小的膜。
在含酸基结构单元的含量相对于特定树脂的总质量超过90质量%时,上述接枝链在特定树脂中的导入量不足而使分散稳定性变差,同样难以形成晶片的中心部与周边部的膜厚差小的膜。
另外,通过使含酸基结构单元的含量在上述范围内,可将特定树脂的酸值适宜地调整至下述的优选范围内。
另外,酸基也可以作为除接枝链以外的能够与金属氧化物粒子形成相互作用的官能团而发挥作用。
作为上述酸基,可列举例如羧酸基、磺酸基、磷酸基、酚羟基等,从对金属氧化物粒子的吸附力、和分散性/分散稳定性的观点出发,优选为选自羧酸基、磺酸基及磷酸基中的至少1种,特别优选羧酸基。
进而,酸基结构优选为与树脂结构的主链相隔5个原子以上距离的结构。进而,作为酸基,最优选为键合于芳香环的羧酸。
作为上述酸基,可以使用上述酸基中的单独1种或者将2种以上的上述酸基组合使用。
上述特定树脂的酸值优选为70mgKOH/g以上且350mgKOH/g以下的范围、更优选为80mgKOH/g以上且300mgKOH/g以下的范围、进一步优选为100mgKOH/g以上且250mgKOH/g以下的范围。通过使酸值在上述范围,在将分散组合物涂布于大尺寸(例如12英寸)的晶片时,能够更为切实地获得晶片的中心部与周边部的膜厚差小的膜。
特定树脂的酸值例如可由特定树脂中酸基的平均含量算出。另外,通过改变构成特定树脂的含有酸基的单体单元的含量,可获得具有所需酸值的树脂。
特定树脂还可以进一步包含具有除上述接枝链及酸基以外的能够与金属氧化物粒子形成相互作用的官能团的结构单元(重复单元)。对于这样的具有其它能够与金属氧化物粒子形成相互作用的官能团的结构单元,在结构上没有特殊限制,可列举例如:具有碱性基团的结构单元、具有配位性基团的结构单元、具有具反应性的基团的结构单元等。
作为上述碱性基团,可列举例如:伯氨基、仲氨基、叔氨基、含N原子的杂环、酰胺基等。特别优选对金属氧化物粒子的吸附力良好、且分散性/分散稳定性高的叔氨基。作为上述碱性基团,可以使用上述基团中的单独1种、或者组合使用2种以上的上述基团。
特定树脂也可以含有具有碱性基团的结构单元(重复单元),在含有具有碱性基团的结构单元(重复单元)的情况下,相对于特定树脂的总质量,具有碱性基团的结构单元的含量为0.1质量%以上且50质量%以下,特别优选为0.1质量%以上且30质量%以下。
作为上述配位性基团、具反应性的基团,可列举例如:乙酰乙酰氧基、三烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、酸酐残基、酰氯残基等。特别优选对金属氧化物粒子的吸附力良好、且分散性和分散稳定性高的乙酰乙酰氧基。作为上述配位性基团、具反应性的基团,可以使用上述基团中的单独1种或者组合使用2种以上的上述基团。
特定树脂也可以含有具有配位性基团或具反应性的基团的结构单元(重复单元),在含有具有配位性基团或具反应性的基团的结构单元(重复单元)的情况下,相对于特定树脂的总质量,具有配位性基团或具反应性的基团的结构单元的含量为0.1质量%以上且50质量%以下、特别优选为0.1质量%以上且30质量%以下。
另外,在特定树脂中也可以具有由下述通式(i)~(iii)中任一化学式所示的单体得到的重复单元中的至少1种作为不同于上述具有接枝链的结构单元及上述含酸基结构单元、且具有能够与金属氧化物粒子形成相互作用的官能团的结构单元。
[化学式6]
上述式(i)~(iii)中,R1、R2及R3分别独立地表示氢原子、卤原子(例如氟、氯、溴等)或碳原子数为1~6的烷基(例如甲基、乙基、丙基等)。
R1、R2及R3更优选氢原子或碳原子数为1~3的烷基,最优选为氢原子或甲基。特别优选使R2及R3为氢原子。
X表示氧原子(-O-)或亚氨基(-NH-),优选为氧原子。
L为单键或2价连结基团。作为2价连结基团,可列举:2价脂肪族基(例如亚烷基、取代亚烷基、亚烯基、取代亚烯基、亚炔基、取代亚炔基)、2价芳香族基(例如亚芳基、取代亚芳基)、2价杂环基、以及它们与氧原子(-O-)、硫原子(-S-)、亚氨基(-NH-)、取代亚氨基(-NR31-,其中,R31为脂肪族基、芳香族基或杂环基)或羰基(-CO-)的组合等。
上述2价脂肪族基也可以具有环状结构或分支结构。上述脂肪族基的碳原子数优选为1~20、更优选为1~15、进一步优选为1~10。
作为脂肪族基,相比于不饱和脂肪族基,优选为饱和脂肪族基。另外,脂肪族基也可以具有取代基。取代基的例子可列举卤原子、羟基、芳香族基及杂环基。
上述2价芳香族基的碳原子数优选为6~20、进一步优选为6~15、最优选6~10。另外,上述芳香族基也可以具有取代基。取代基的例子可列举卤原子、羟基、脂肪族基、芳香族基及杂环基。
上述2价杂环基优选具有5元环或6元环作为杂环。杂环上也可以稠合其它杂环、脂肪族环或芳香族环。另外,杂环基也可以具有取代基。作为取代基的例子,可列举卤原子、羟基、桥氧基(=O)(oxo group)、硫代基(=S)(thioxogroup)、亚氨基(=NH)、取代亚氨基(=N-R32,其中,R32为脂肪族基、芳香族基或杂环基)、脂肪族基、芳香族基及杂环基。
L优选为单键、亚烷基或包含氧基亚烷基结构的2价连结基团。氧基亚烷基结构更优选为环氧乙烷结构或环氧丙烷结构。另外,L也可以包含重复含有2个以上氧基亚烷基结构的聚氧亚烷基结构。作为聚氧亚烷基结构,优选聚氧亚乙基结构或聚氧化亚丙基结构。聚氧亚乙基结构以-(OCH2CH2)n-表示,n优选为2以上的整数、更优选为2~10的整数。
上述式(i)~(iii)中,Z表示能够与金属氧化物粒子形成相互作用的官能团,优选为上述的酸基、碱性基团或具反应性的基团,更优选为羧酸基或叔氨基,进一步优选为羧酸基。另外,Y表示次甲基或氮原子。
上述式(iii)中,R4、R5及R6分别独立地表示氢原子、卤原子(例如氟、氯、溴等)、碳原子数1~6的烷基(例如甲基、乙基、丙基等)、Z、或-L-Z。其中,L及Z与上述同义。作为R4、R5及R6,优选为氢原子或碳原子数1~3的烷基,更优选为氢原子。
作为上述通式(i)所示的单体,优选R1、R2及R3为氢原子或甲基、L为亚烷基或包含氧基亚烷基结构的2价连结基团、X为氧原子或亚氨基、且Z为羧酸基的化合物。
另外,作为上述通式(ii)所示的单体,优选R1为氢原子或甲基、L为亚烷基、Z为羧酸基、且Y为次甲基的化合物。另外,作为上述通式(iii)所示的单体,优选R4、R5及R6为氢原子或甲基且Z为羧酸基的化合物。
作为式(i)~(iii)所示的代表性化合物的例子,可列举:甲基丙烯酸、巴豆酸、异巴豆酸、分子内具有加聚性双键和羟基的化合物(例如甲基丙烯酸2-羟基乙酯)与琥珀酸酐的反应物、分子内具有加聚性双键和羟基的化合物与邻苯二甲酸酐的反应物、分子内具有加聚性双键和羟基的化合物与四羟基邻苯二甲酸酐的反应物、分子内具有加聚性双键和羟基的化合物与偏苯三甲酸酐的反应物、分子内具有加聚性双键及羟基的化合物与均苯四甲酸酐的反应物、丙烯酸、丙烯酸二聚体、丙烯酸低聚物、马来酸、衣康酸、富马酸、4-乙烯基苯甲酸、乙烯基苯酚、4-羟苯基甲基丙烯酰胺等。
此外,出于提高图像强度等诸性能的目的,在不破坏本发明效果的范围内,金属氧化物粒子的分散组合物所含的上述特定树脂中除了包含上述具有接枝链的结构单元、上述含酸基结构单元、以及不同于这些结构单元的具有能够与金属氧化物粒子形成相互作用的官能团的结构单元以外,还可以进一步包含具有各种功能的其它结构单元,例如可以进一步包含具有与用于分散物的分散介质之间具有亲和性的官能团等的结构单元作为来自共聚成分的结构单元。
作为能够与特定树脂共聚的共聚成分,可列举例如:选自丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、苯乙烯类、丙烯腈类、甲基丙烯腈类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酰胺类等的自由基聚合性化合物。
具体可列举例如:丙烯酸烷基酯(优选该烷基的碳原子数为1~20的丙烯酸烷基酯)等丙烯酸酯类(具体为例如丙烯酸苄酯、丙烯酸4-联苯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸4-叔丁基苯酯、丙烯酸4-氯苯酯、丙烯酸五氯苯酯、丙烯酸4-氰基苄酯、丙烯酸氰基甲酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸3,5-二甲基金刚烷酯、丙烯酸2-萘酯、丙烯酸新戊酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸苯乙酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸甲苯酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸3-羟基丙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、丙烯酸5-羟基戊酯、丙烯酸烯丙酯、丙烯酸2-丙烯酰氧基乙酯、丙烯酸炔丙酯等);
甲基丙烯酸烷基酯(优选该烷基的碳原子数为1~20的甲基丙烯酸烷基酯)等甲基丙烯酸酯类(例如甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸4-联苯酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸仲丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸4-叔丁基苯酯、甲基丙烯酸4-氯苯酯、甲基丙烯酸五氯苯酯、甲基丙烯酸4-氰基苯酯、甲基丙烯酸氰基甲酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸3,5-二甲基金刚烷酯、甲基丙烯酸2-萘酯、甲基丙烯酸新戊酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸苯乙酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸甲苯酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸3-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸4-羟基丁酯、甲基丙烯酸5-羟基戊酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸2-烯丙氧基乙酯、甲基丙烯酸炔丙酯、甲基丙烯酸2-二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸2-二甲基氨基甲酯等);
苯乙烯、烷基苯乙烯等苯乙烯类(例如甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、三甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、二乙基苯乙烯、异丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、己基苯乙烯、环己基苯乙烯、癸基苯乙烯、苄基苯乙烯、氯甲基苯乙烯、三氟甲基苯乙烯、乙氧基甲基苯乙烯、乙酰氧基甲基苯乙烯等)、烷氧基苯乙烯(例如甲氧基苯乙烯、4-甲氧基-3-甲基苯乙烯、二甲氧基苯乙烯等)、卤代苯乙烯(例如氯苯乙烯、二氯苯乙烯、三氯苯乙烯、四氯苯乙烯、五氯苯乙烯、溴苯乙烯、二溴苯乙烯、碘苯乙烯、氟苯乙烯、三氟苯乙烯、2-溴-4-三氟甲基苯乙烯、4-氟-3-三氟甲基苯乙烯等)、丙烯腈、甲基丙烯腈等。
在这些自由基聚合性化合物中,优选使用甲基丙烯酸酯类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酰胺类、苯乙烯类,特别优选使用:
甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸4-叔丁基苯酯、甲基丙烯酸五氯苯酯、甲基丙烯酸4-氰基苯酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸3,5-二甲基金刚烷酯、甲基丙烯酸2-萘酯、甲基丙烯酸新戊酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸3-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯;
丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、吗啉基丙烯酰胺、哌啶基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-环己基丙烯酰胺、N-苯基丙烯酰胺、N-萘基丙烯酰胺、N-羟基甲基丙烯酰胺、N-羟基乙基丙烯酰胺、N-烯丙基丙烯酰胺、4-羟基苯基丙烯酰胺、2-羟基苯基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二异丙基丙烯酰胺、N,N-二叔丁基丙烯酰胺、N,N-二环己基丙烯酰胺、N,N-苯基丙烯酰胺、N,N-二羟基乙基丙烯酰胺、N,N-二烯丙基丙烯酰胺;
甲基丙烯酰胺、N-甲基甲基丙烯酰胺、N-异丙基甲基丙烯酰胺、吗啉基甲基丙烯酰胺、哌啶基甲基丙烯酰胺、N-叔丁基甲基丙烯酰胺、N-环己基甲基丙烯酰胺、N-苯基甲基丙烯酰胺、N-萘基甲基丙烯酰胺、N-羟基甲基甲基丙烯酰胺、N-羟基乙基甲基丙烯酰胺、N-烯丙基甲基丙烯酰胺、4-羟苯基甲基丙烯酰胺、2-羟苯基甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、N,N-二异丙基甲基丙烯酰胺、N,N-二叔丁基甲基丙烯酰胺、N,N-二环己基甲基丙烯酰胺、N,N-苯基甲基丙烯酰胺、N,N-二羟基乙基甲基丙烯酰胺、N,N-二烯丙基甲基丙烯酰胺;
苯乙烯、甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、三甲基苯乙烯、异丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、环己基苯乙烯、氯甲基苯乙烯、三氟甲基苯乙烯、乙氧基甲基苯乙烯、乙酰氧基甲基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、4-甲氧基-3-甲基苯乙烯、氯苯乙烯、二氯苯乙烯、三氯苯乙烯、四氯苯乙烯、五氯苯乙烯、溴苯乙烯、二溴苯乙烯、碘苯乙烯、氟苯乙烯、三氟苯乙烯、2-溴-4-三氟甲基苯乙烯、4-氟-3-三氟甲基苯乙烯。
这些自由基聚合性化合物可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。特定树脂中可以含有上述自由基聚合性化合物,也可以不含有上述自由基聚合性化合物,在含有上述自由基聚合性化合物的情况下,相对于特定树脂的总质量,与这些自由基聚合性化合物对应的结构单元的含量为0.1质量%以上且50质量%以下,特别优选为0.1质量%以上且30质量%以下。
特定树脂可通过以往公知的方法合成。作为合成时使用的溶剂,可列举例如:二氯乙烷、环己酮、甲基乙基酮、丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙酸2-甲氧基乙酯、1-甲氧基-2-丙醇、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、甲苯、乙酸乙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯等。这些溶剂可以单独使用或混合使用2种以上。
作为上述特定树脂的具体例,可列举以下的例示化合物1~32,但本发明并不限定于这些化合物。下述例示化合物中,一并记载于各结构单元的数值(一并记载于主链重复单元的数值)表示该结构单元的含量[质量%:记作(wt%)]。一并记载于侧链的重复部位的数值表示该重复部位的重复数。
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
[化学式11]
[化学式12]
[化学式13]
[化学式14]
[化学式15]
特定树脂的重均分子量(利用GPC法测定的聚苯乙烯换算值)优选为5,000以上且300,000以下,更优选为7,000以上且100,000以下,特别优选为10,000以上且50,000以下。
分散组合物(I)中,特定树脂可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
从分散性、分散稳定性的观点出发,相对于分散组合物(I)的全部固体成分,特定树脂的含量优选在10~50质量%的范围、更优选11~40质量%的范围、进一步优选12~30质量%的范围。
-其它分散树脂-
出于调整金属氧化物粒子的分散性等目的,分散组合物(I)中也可以含有除上述特定树脂以外的分散树脂(以下也称为“其它分散树脂”)。
作为可用于本发明的其它分散树脂,可列举:高分子分散剂[例如聚酰胺-胺及其盐、聚羧酸及其盐、高分子量不饱和酸酯、改性聚氨酯、改性聚酯、改性聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸类共聚物、萘磺酸甲醛缩合物]、及聚氧乙烯烷基磷酸酯、聚氧乙烯烷基胺、烷醇胺、颜料衍生物等。
其它分散树脂根据其结构可以进一步分为直链状高分子、末端改性型高分子、接枝型高分子、嵌段型高分子。
作为其它分散树脂的具体例,可列举:BYK Chemie公司制造的“Disperbyk-101(聚酰胺-胺磷酸盐)、107(羧酸酯)、110(含酸基的共聚物)、130(聚酰胺)、161、162、163、164、165、166、170(高分子共聚物)”、“BYK-P104、P105(高分子量不饱和聚羧酸);EFKA公司制造的“EFKA4047、4050、4010、4165(聚氨酯类)、EFKA4330、4340(嵌段共聚物)、4400、4402(改性聚丙烯酸酯)、5010(聚酯酰胺)、5765(高分子量聚羧酸盐)、6220(脂肪酸聚酯)、6745(酞菁衍生物)、6750(偶氮颜料衍生物)”;Ajinomoto Fine-Techno公司制造的“Ajisper PB821、PB822”;共荣社化学公司制造的“Florene TG-710(氨基甲酸酯低聚物)”、“Polyflow No.50E、No.300(丙烯酸类共聚物)”;楠本化成公司制造的“Disparlon KS-860、873SN、874、#2150(脂肪族多元羧酸)、#7004(聚醚酯)、DA-703-50、DA-705、DA-725”;花王公司制造的“Demol RN、N(萘磺酸甲醛缩聚物)、MS、C、SN-B(芳香族磺酸甲醛缩聚物)”、“Homogenol L-18(高分子聚羧酸)”、“Emulgen920、930、935、985(聚氧乙烯壬基苯基醚)”、“Acetamin86(硬脂基胺乙酸酯)”;Lubrizol公司制造的“Solsperse5000(酞菁衍生物)、22000(偶氮颜料衍生物)、13240(聚酯胺)、3000、17000、27000(末端部具有功能部的高分子)、24000、28000、32000、38500(接枝型高分子)”;Nikko Chemicals公司制造的“Nikol T106(聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯)、MYS-IEX(聚氧乙烯单硬脂酸酯)”等。
这些其它树脂可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
分散组合物(I)可以含有其它分散树脂,也可以不含有其它分散树脂,在含有其它分散树脂的情况下,相对于分散组合物(I)的全部固体成分,其它分散树脂的含量优选为1~20质量%的范围、更优选1~10质量%的范围。
(C)溶剂
分散组合物(I)包含溶剂,该溶剂可使用各种有机溶剂而构成。
作为这里可使用的有机溶剂,可列举:丙酮、甲基乙基酮、环己烷、乙酸乙酯、二氯乙烷、四氢呋喃、甲苯、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇二甲基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、乙酰丙酮、环己酮、二丙酮醇、乙二醇单甲基醚乙酸酯、乙二醇乙基醚乙酸酯、乙二醇单异丙基醚、乙二醇单丁基醚乙酸酯、3-甲氧基丙醇、甲氧基甲氧基乙醇、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、丙二醇单甲基醚乙酸酯、丙二醇单乙基醚乙酸酯、3-甲氧基丙基乙酸酯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯等。
这些有机溶剂可以单独使用或混合使用。分散组合物(I)中的固体成分的浓度优选为2~60质量%。
作为分散组合物(I)的制造方法,没有特殊限制,可应用通常使用的分散组合物的制造方法。例如,可通过将金属氧化物粒子、接枝共聚物及溶剂混合并利用循环型分散装置(珠磨机)等进行分散处理来制造。
<固化性组合物>
本实施方式的分散性组合物(I)优选为通过含有聚合性化合物(D)和聚合引发剂、并根据需要含有其它成分而构成的高折射率层形成用固化性组合物。
这样一来,在本实施方式中,“固化性组合物”为“分散组合物”的形态之一,因此如上所述,相对于高折射率层形成用固化性组合物的全部固体成分,金属氧化物粒子的含量为50质量%~90质量%、更优选为52质量%~85质量%、最优选为55质量%~80质量%。
通过使上述分散组合物为高折射率层形成用固化性组合物,从而不仅分散性及分散稳定性优异,而且折射率非常高,并且即使在涂布于大尺寸的晶片的情况下,也能够形成中心部与周边部的膜厚差小的膜(代表性的膜为透明膜)。
另外,本发明还涉及使用本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物而形成的透明膜。
另外,本实施方式的组合物(I)优选为透明的组合物,更具体而言,为下述组合物:在利用组合物形成膜厚1.0μm的固化膜时,该固化膜的厚度方向上的透光率在400~700nm的整个波长范围内均达到90%以上。
即,本实施方式的透明膜是指:在膜厚1.0μm下,膜的厚度方向上的透光率在400~700nm的整个波长范围内均达到90%以上的膜。
就这样的透光率物性而言,只要在固化性组合物含有本实施方式的分散组合物(I)、聚合性化合物(D)及聚合引发剂(E)的范围内,则可以通过任意方法来实现,例如,通过调整聚合性化合物(D)、或可进一步添加的粘合剂聚合物的种类及含量,可以适宜地实现上述的透光率物性。另外,通过调整金属氧化物粒子(A)的粒径、接枝共聚物(B)的种类及添加量,也可以适宜地实现上述透光率物性。
关于本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物及透明膜,上述透光率在400~700nm的整个波长范围均为90%以上对于使微透镜显示其被要求的特性而言是尤为重要的因素。
优选使上述透光率在400~700nm的整个波长范围内均为95%以上、更优选为99%以上、最优选为100%。
基于上述记载,本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物实质上不含着色剂(优选是着色剂的含量相对于组合物的全部固体成分为0质量%)。
(D)聚合性化合物
(D)聚合性化合物是具有至少1个烯属不饱和双键、环氧基、氧杂环丁基等聚合性基团的加聚性化合物,可以从具有至少1个、优选2个以上上述聚合性基团的化合物中选择。这样的化合物在本技术领域已被广泛公知,本发明中可以无特殊限定地使用这些化合物。
这些化合物具有例如单体、预聚物即二聚体、三聚体等多聚体及低聚物、或它们的混合物以及它们的共聚物等化学形态。作为单体及其共聚物的例子,可列举不饱和羧酸(例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸、马来酸等)、其酯类、酰胺类,优选使用不饱和羧酸与脂肪族多元醇化合物形成的酯、不饱和羧酸与脂肪族多元胺化合物形成的酰胺类。另外,还适宜使用具有羟基、氨基、巯基等亲核性取代基的不饱和羧酸酯类或不饱和羧酸酰胺类与单官能或多官能异氰酸酯类或环氧类形成的加成反应物、以及具有羟基、氨基、巯基等亲核性取代基的不饱和羧酸酯类或不饱和羧酸酰胺类与单官能或多官能的羧酸形成的脱水缩合反应物等。另外,还适宜为具有异氰酸酯基、环氧基等亲电子性取代基的不饱和羧酸酯或不饱和羧酸酰胺类与单官能或多官能的醇类、胺类、硫醇类形成的加成反应物、以及具有卤代基、甲苯磺酰氧基等离去性取代基的不饱和羧酸酯或不饱和羧酸酰胺类与单官能或多官能的醇类、胺类、硫醇类形成的置换反应物。另外,作为其它的例子,也可以使用将上述不饱和羧酸替换为不饱和膦酸、苯乙烯、乙烯基醚等的化合物组。作为这些具体化合物,在本发明中还可适宜地使用日本特开2009-288705号公报的第0095~0108段中记载的化合物。
聚合性化合物的第一优选实施方式是包含具有至少1个烯属不饱和双键的单体(聚合性单体)或具有聚合性基团的低聚物(聚合性低聚物)(以下也将聚合性单体和聚合性低聚物统称为“聚合性单体等”)的方案。
另外,上述聚合性单体等还优选为具有至少1个可加聚的乙烯基且在常压下具有100℃以上的沸点的具有烯属不饱和基团的化合物。作为其例子,可列举:聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯等单官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯;聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、己二醇(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(丙烯酰氧基丙基)醚、三(丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯、在甘油、三羟甲基乙烷等多官能醇上加成环氧乙烷、环氧丙烷后进行(甲基)丙烯酸酯化而得到的化合物、诸如日本特公昭48-41708号、日本特公昭50-6034号、日本特开昭51-37193号各公报中记载的那样的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯类、在日本特开昭48-64183号、日本特公昭49-43191号、日本特公昭52-30490号各公报中记载的聚酯丙烯酸酯类、作为环氧聚合物与(甲基)丙烯酸的反应产物的环氧丙烯酸酯类等多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯以及它们的混合物。
还可以列举使多官能羧酸与(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等具有环状醚基和烯属不饱和基团的化合物反应而得到的多官能(甲基)丙烯酸酯等。
另外,作为其它的优选聚合性单体等,还可以使用在日本特开2010-160418、日本特开2010-129825、日本专利4364216等中记载的具有芴环且具有2官能以上的烯属聚合性基团的化合物、酚酞基(Cardo)聚合物(cardo polymer)。
另外,作为在常压下具有100℃以上的沸点且具有至少1个可加聚的烯属不饱和基团的化合物,还适宜为日本特开2008-292970号公报的第[0254]~[0257]段记载的化合物。
另外,在日本特开平10-62986号公报中作为通式(1)及(2)而与其具体例共同记载的、上述在多官能醇上加成环氧乙烷、环氧丙烷后进行(甲基)丙烯酸酯化而得到的化合物,也可以用作聚合性单体。
本发明中使用的聚合性单体进一步优选为下述通式(MO-1)~(MO-6)所示的聚合性单体。
[化学式16]
(式中,n分别为0~14,m分别为1~8。一分子内存在的多个R、T及Z可以分别相同,也可以不同。在T为氧基亚烷基的情况下,碳原子侧的末端与R键合。R中的至少1个为聚合性基团。)
n优选为0~5、更优选为1~3。
m优选为1~5、更优选为1~3。
R优选为
[化学式17]
更优选为
[化学式18]
作为上述通式(MO-1)~(MO-6)所示的自由基聚合性单体的具体例,记载于日本特开2007-269779号公报的第0248段~第0251段的化合物也适宜在本发明中使用。
其中,作为聚合性单体等,优选:二季戊四醇三丙烯酸酯(作为市售品,可列举日本化药株式会社制造的KAYARAD D-330)、二季戊四醇四丙烯酸酯(作为市售品,可列举日本化药株式会社制造的KAYARAD D-320)、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯(作为市售品,可列举日本化药株式会社制造的KAYARAD D-310)、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯(作为市售品,可列举日本化药株式会社制造的KAYARAD DPHA)、以及上述单体的(甲基)丙烯酰基之间隔着乙二醇、丙二醇残基的结构;或二甘油EO(环氧乙烷)改性(甲基)丙烯酸酯(作为市售品,可列举东亚合成制造的M-460)。也可以使用这些单体的低聚物型。
例如,可列举RP-1040(日本化药株式会社制)等。
作为聚合性单体等,还可以是具有羧基、磺酸基、磷酸基等酸基的多官能单体。因此,烯属化合物在如上述混合物的情况那样具有未反应的羧基时,可以直接利用该烯属化合物,但也可以根据需要使上述烯属化合物的羟基与非芳香族羧酸酐反应而导入酸基。这种情况下,作为所使用的非芳香族羧酸酐的具体例,可列举:四氢邻苯二甲酸酐、烷基化四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、烷基化六氢邻苯二甲酸酐、琥珀酸酐、马来酸酐。
在本发明中,作为具有酸基的单体,可以为脂肪族多羟基化合物与不饱和羧酸形成的酯,优选为通过使脂肪族多羟基化合物的未反应羟基与非芳香族羧酸酐反应而具有酸基的多官能单体,特别优选为该酯中的脂肪族多羟基化合物为季戊四醇和/或二季戊四醇时的酯。作为市售品,可列举例如东亚合成株式会社制造的作为多元酸改性丙烯酸低聚物的Aronix系列的M-305、M-510、M-520等。
作为具有酸基的多官能单体的优选酸值,为0.1~40mg-KOH/g、特别优选为5~30mg-KOH/g。在将2种以上具有不同酸基的多官能单体组合使用的情况下、或是将具有酸基的多官能单体与不具有酸基的多官能单体组合使用的情况下,必须在制备时使得整体的多官能单体的酸值落入上述范围。
另外,作为聚合性单体等,优选含有具有己内酯改性结构的多官能性单体。
作为具有己内酯改性结构的多官能性单体,只要其分子内具有己内酯改性结构则没有特殊限制,可列举例如:通过将三羟甲基乙烷、双(三羟甲基)乙烷、三羟甲基丙烷、双(三羟甲基)丙烷、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、甘油、二甘油、三羟甲基三聚氰胺等多元醇与(甲基)丙烯酸及ε-己内酯进行酯化而得到的ε-己内酯改性多官能(甲基)丙烯酸酯。其中,优选下述式(1)所示的具有己内酯改性结构的多官能性单体。
[化学式19]
(式中,6个R全部为下述式(2)所示的基团;或者6个R中的1~5个为下述式(2)所示的基团,且其余的R为下述式(3)所示的基团。)
[化学式20]
(式中,R1表示氢原子或甲基,m表示1或2的数值,“*”表示键合臂。)
[化学式21]
(式中,R1表示氢原子或甲基,“*”表示键合臂。)
作为这样的具有己内酯改性结构的多官能性单体,可列举例如:由日本化药(株)作为KAYARAD DPCA系列而销售的DPCA-20(上述式(1)~(3)中的m=1、式(2)所示的基团数=2、R1全部为氢原子的化合物)、DPCA-30(上述式(1)~(3)中的m=1、式(2)所示的基团数=3、R1全部为氢原子的化合物)、DPCA-60(上述式(1)~(3)中的m=1、式(2)所示的基团数=6、R1全部为氢原子的化合物)、DPCA-120(上述式(1)~(3)中的m=2、式(2)所示的基团数=6、R1全部为氢原子的化合物)等。
本发明中,具有己内酯改性结构的多官能性单体可以单独使用或混合使用2种以上。
另外,作为本发明中的聚合性单体等,还优选为选自下述通式(i)或(ii)所示的化合物组中的至少1种。
[化学式22]
上述通式(i)及(ii)中,E分别独立地表示-((CH2)yCH2O)-或-((CH2)yCH(CH3)O)-,y分别独立地表示0~10的整数,X分别独立地表示丙烯酰基、甲基丙烯酰基、氢原子或羧基。
上述通式(i)中,丙烯酰基及甲基丙烯酰基的总个数为3个或4个,m各自独立地表示0~10的整数,各m的总和为0~40的整数。其中,在各m的总和为0的情况下,X中的任一个为羧基。
上述通式(ii)中,丙烯酰基及甲基丙烯酰基的总个数为5个或6个,n各自独立地表示0~10的整数,各n的总和为0~60的整数。其中,在各n的总和为0的情况下,X中的任一个为羧基。
上述通式(i)中,m优选为0~6的整数、更优选为0~4的整数。另外,各m的总和优选为2~40的整数、更优选为2~16的整数、特别优选为4~8的整数。
上述通式(ii)中,n优选为0~6的整数、更优选为0~4的整数。另外,各n的总和优选为3~60的整数、更优选为3~24的整数、特别优选为6~12的整数。
另外,优选使通式(i)或通式(ii)中的-((CH2)yCH2O)-或-((CH2)yCH(CH3)O)-为氧原子侧的末端与X键合的形态。
上述通式(i)或(ii)所示的化合物可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。特别优选通式(ii)中的6个X全部为丙烯酰基的形态。
上述通式(i)或(ii)所示的化合物可以由以往公知的工序而合成,所述以往公知的工序包括:使季戊四醇或二季戊四醇通过与环氧乙烷或环氧丙烷进行开环加成反应而键合开环骨架的工序、和使开环骨架的末端羟基与例如(甲基)丙烯酰氯反应而导入(甲基)丙烯酰基的工序。各工序是广为公知的工序,本领域技术人员可以容易地合成通式(i)或(ii)所示的化合物。
上述通式(i)或(ii)所示的化合物中,更优选季戊四醇衍生物和/或二季戊四醇衍生物。
具体可列举下述式(a)~(f)所示的化合物(以下也称为“例示化合物(a)~(f)”),其中,优选例示化合物(a)、(b)、(e)、(f)。
[化学式23]
[化学式24]
作为通式(i)、(ii)所示的聚合性单体等的市售品,可列举例如:Sartomer公司制造的作为具有4个亚乙氧基链的4官能丙烯酸酯的SR-494;日本化药株式会社制造的作为具有6个亚戊氧基链的6官能丙烯酸酯的DPCA-60、作为具有3个亚异丁氧基链的3官能丙烯酸酯的TPA-330等。
另外,作为聚合性单体等,还适宜为:日本特公昭48-41708号、日本特开昭51-37193号、日本特公平2-32293号、日本特公平2-16765号中记载的那样的氨基甲酸酯丙烯酸酯类;日本特公昭58-49860号、日本特公昭56-17654号、日本特公昭62-39417号、日本特公昭62-39418号中记载的具有环氧乙烷类骨架的氨基甲酸酯化合物类。进而,通过使用日本特开昭63-277653号、日本特开昭63-260909号、日本特开平1-105238号中记载的分子内具有氨基结构、硫醚结构的加聚性单体类作为聚合性单体等,可以得到感光速度非常优异的固化性组合物。
作为聚合性单体等的市售品,可列举:氨基甲酸酯低聚物UAS-10、UAB-140(Sanyo-Kokusaku Pulp Co.,Ltd制)、UA-7200(新中村化学公司制)、DPHA-40H(日本化药公司制)、UA-306H、UA-306T、UA-306I、AH-600、T-600、AI-600(共荣公司制)等。
作为聚合性单体等,还适宜为同一分子内具有2个以上巯基(SH)的多官能硫醇化合物。特别优选下述通式(I)所示的化合物。
[化学式25]
(式中,R1表示烷基,R2表示可以包含除碳以外的原子的n价脂肪族基,R0表示并非H的烷基,n表示2~4。)
若对上述通式(I)所示的多官能硫醇化合物进行具体例示,则可列举具有下述结构式的1,4-双(3-巯基丁酰氧基)丁烷[式(II)]、1,3,5-三(3-巯基丁氧基乙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H5H)-三酮[式(III)]、及季戊四醇四(3-巯基丁酸酯)[式(IV)]等。这些多官能硫醇可以使用1种,也可以组合使用多种。
[化学式26]
本发明中,作为聚合性单体等,还优选使用分子内具有2个以上环氧基或氧杂环丁基的聚合性单体或低聚物。
<<C:具有环氧基或氧杂环丁基的化合物>>
本发明的第三优选实施方式可使用具有环氧基或氧杂环丁基的化合物作为聚合性化合物。作为具有环氧基或氧杂环丁基的化合物,具体包括侧链具有环氧基的聚合物、及分子内具有2个以上环氧基的聚合性单体或低聚物,可列举双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂、甲酚酚醛型环氧树脂、脂肪族环氧树脂等。
这些化合物可使用市售品,也可以通过向聚合物的侧链导入环氧基而得到。
就市售品而言,例如,作为双酚A型环氧树脂,包括JER827、JER828、JER834、JER1001、JER1002、JER1003、JER1055、JER1007、JER1009、JER1010(以上均为Japan Epoxy Resins(株)制造)、EPICLON860、EPICLON1050、EPICLON1051、EPICLON1055(以上均为DIC(株)制造)等;作为双酚F型环氧树脂,包括JER806、JER807、JER4004、JER4005、JER4007、JER4010(以上均为Japan Epoxy Resins(株)制造)、EPICLON830、EPICLON835(以上均为DIC(株)制造)、LCE-21、RE-602S(以上均为日本化药(株)制造)等;作为苯酚酚醛型环氧树脂,包括JER152、JER154、JER157S70、JER157S65、(以上均为Japan Epoxy Resins(株)制造)、EPICLON N-740、EPICLON N-740、EPICLON N-770、EPICLON N-775(以上均为DIC(株)制造)等;作为甲酚酚醛型环氧树脂,包括EPICLON N-660、EPICLON N-665、EPICLON N-670、EPICLON N-673、EPICLON N-680、EPICLON N-690、EPICLON N-695(以上均为DIC(株)制造)、EOCN-1020(以上均为日本化药(株)制造)等;作为脂肪族环氧树脂,包括ADEKA RESIN EP-4080S、ADEKARESIN EP-4085S、ADEKA RESIN EP-4088S(以上均为(株)ADEKA制造)、Celloxide2021P、Celloxide2081、Celloxide2083、Celloxide2085、EHPE3150、EPOLEAD PB3600、EPOLEAD PB4700(以上均为大赛璐化学工业(株)制造)、Denacol EX-211L、EX-212L、EX-214L、EX-216L、EX-321L、EX-850L(以上均为Nagase chemiteX(株)制造)等。此外,还可以列举ADEKA RESINEP-4000S、ADEKA RESIN EP-4003S、ADEKA RESIN EP-4010S、ADEKARESIN EP-4011S(以上均为(株)ADEKA制造)、NC-2000、NC-3000、NC-7300、XD-1000、EPPN-501、EPPN-502(以上均为(株)ADEKA制造)、JER1031S(JapanEpoxy Resins(株)制造)等。
作为侧链具有氧杂环丁基的聚合物、及上述分子内具有2个以上氧杂环丁基的聚合性单体或低聚物的具体例,可使用ARONE OXETANE OXT-121、OXT-221、OX-SQ、PNOX(以上均为东亚合成(株)制造)。
在导入至聚合物侧链进行合成的情况下,导入反应可通过例如将三乙胺、苄基甲基胺等叔胺、十二烷基三甲基氯化铵、四甲基氯化铵、四乙基氯化铵等季铵盐、吡啶、三苯基膦等作为催化剂,在有机溶剂中以50~150℃的反应温度反应数小时~数十小时来进行。脂环式环氧基不饱和化合物的导入量优选按照使所得聚合物的酸值满足5~200KOH·mg/g的范围的方式进行控制。另外,分子量以重均分子量计优选为500~5000000、进一步优选为1000~500000的范围。
作为环氧基不饱和化合物,也可以使用(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油基醚等具有缩水甘油基作为环氧基的化合物,但优选的是具有脂环式环氧基的不饱和化合物。作为这样的不饱和化合物,可例示出例如以下所示的化合物。
[化学式27]
另外,作为脂肪族多元胺化合物与不饱和羧酸形成的酰胺单体的具体例,包括:亚甲基双(丙烯酰胺)、亚甲基双(甲基丙烯酰胺)、1,6-六亚甲基双(丙烯酰胺)、1,6-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)、二亚乙基三胺三丙烯酰胺、苯二亚甲基双丙烯酰胺、苯二亚甲基双(甲基丙烯酰胺)等。
作为其它的优选酰胺类单体的例子,可列举日本特公昭54-21726号公报中记载的具有亚环己基结构的单体。
另外,还适宜为利用异氰酸酯与羟基的加成反应而制造的氨基甲酸酯类加聚性化合物,作为这样的加聚性化合物的具体例,可列举例如:日本特公昭48-41708号公报中记载的在1分子中具有2个以上异氰酸酯基的聚异氰酸酯化合物上加成下述式(V)所示的具有羟基的乙烯基单体而成的1分子中含有2个以上聚合性乙烯基的乙烯基氨基甲酸酯化合物等。
下述式(V)中,R7及R8分别独立地表示氢原子或甲基。
H2C=CR7COOCH2CH(R8)OH  式(V)
另外,还适宜为:日本特开昭51-37193号公报、日本特公平2-32293号公报、日本特公平2-16765号公报中记载的那样的氨基甲酸酯丙烯酸酯类;日本特公昭58-49860号公报、日本特公昭56-17654号公报、日本特公昭62-39417号公报、日本特公昭62-39418号公报中记载的具有环氧乙烷类骨架的氨基甲酸酯化合物类。此外,通过使用日本特开昭63-277653号公报、日本特开昭63-260909号公报、日本特开平1-105238号公报中记载的分子内具有氨基结构、硫醚结构的聚合性化合物类,可以得到感光速度非常优异的固化性组合物。
作为其它的例子,可列举日本特开昭48-64183号、日本特公昭49-43191号、日本特公昭52-30490号的各公报中记载的那样的聚酯丙烯酸酯类、使环氧树脂与(甲基)丙烯酸反应而得到的环氧丙烯酸酯类等多官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。另外,还可以列举日本特公昭46-43946号公报、日本特公平1-40337号公报、日本特公平1-40336号公报中记载的特定的不饱和化合物、日本特开平2-25493号公报中记载的乙烯基膦酸类化合物等。另外,在某些情况下,适宜使用日本特开昭61-22048号公报中记载的含有全氟烷基的结构。此外,还可以使用《日本接着协会志(日文:日本接着協会誌)》vol.20、No.7、300~308页(1984年)中记载的光固化性单体及低聚物。
关于这些聚合性化合物,其结构、是单独使用还是组合使用、添加量等使用方法的详情可根据固化性组合物的最终的性能设计而任意设定。例如,可以从如下的观点出发而进行选择。
从灵敏度方面考虑,优选每1分子的不饱和基含量多的结构,大多情况下,优选为2官能以上。另外,为了提高固化膜的强度,可以是3官能以上的结构,进而,通过组合使用具有不同官能数、不同聚合性基团(例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯类化合物、乙烯基醚类化合物、环氧类化合物、氧杂环丁烷类化合物)的化合物而对灵敏度和强度这两方面进行调节的方法也是有效的。
另外,对于与固化性组合物中含有的其它成分(例如聚合引发剂、金属氧化物粒子等)的相容性、分散性而言,聚合性化合物的选择、使用法也是重要的因素,例如有时可通过使用低纯度化合物或组合使用2种以上其它成分来提高相容性。另外,有时也可以出于提高与基板等硬质表面的密合性的目的而选择特定的结构。
相对于高折射率层形成用固化性组合物的全部固体成分,(D)聚合性化合物的含量优选为1质量%~50质量%的范围、更优选为3质量%~40质量%的范围、进一步优选为5质量%~30质量%的范围。
在该范围内时,可以在不使折射率降低的情况下获得良好的固化性。
(E)聚合引发剂
(E)聚合引发剂是用以引发、促进(D)聚合性化合物的聚合的化合物,优选直到45℃为止稳定但高温加热时的聚合引发能力良好的聚合引发剂。
另外,上述聚合引发剂优选含有至少1种在约300nm~800nm(更优选330nm~500nm)的范围内具有至少约50的分子吸光系数的化合物。
另外,聚合引发剂可以单独使用、或将2种以上组合使用。
作为(E)聚合引发剂,可列举例如:有机卤化物、噁二唑化合物、羰基化合物、缩酮化合物、苯偶姻化合物、吖啶化合物、有机过氧化物、偶氮化合物、香豆素化合物、叠氮化合物、茂金属化合物、六芳基联咪唑化合物、有机硼酸化合物、二磺酸化合物、肟酯化合物、鎓盐化合物、酰基膦(氧化物)化合物。
作为有机卤化物的具体例,可列举若林等人的“Bull.Chem.Soc.Japan”42、2924(1969)、美国专利第3,905,815号说明书、日本特公昭46-4605号公报、日本特开昭48-36281号公报、日本特开昭55-32070号公报、日本特开昭60-239736号公报、日本特开昭61-169835号公报、日本特开昭61-169837号公报、日本特开昭62-58241号公报、日本特开昭62-212401号公报、日本特开昭63-70243号公报、日本特开昭63-298339号公报、M.P.Hutt“Jurnal ofHeterocyclic Chemistry”1(No3),(1970)”等中记载的化合物,尤其可列举被三卤甲基取代后的噁唑化合物、均三嗪化合物。
作为均三嗪化合物,更适宜为在均三嗪环上键合了至少一个单卤素取代甲基、二卤素取代甲基或三卤素取代甲基的均三嗪衍生物,具体可列举例如2,4,6-三(单氯甲基)均三嗪、2,4,6-三(二氯甲基)均三嗪、2,4,6-三(三氯甲基)均三嗪、2-甲基-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-正丙基-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(α,α,β-三氯乙基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-苯基-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(对甲氧基苯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(3,4-环氧苯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(对氯苯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-[1-(对甲氧基苯基)-2,4-丁二烯基]-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-苯乙烯基-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(对甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(对异丙氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(对甲苯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(4-萘氧基萘基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-苯硫基-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-苄硫基-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2,4,6-三(二溴甲基)均三嗪、2,4,6-三(三溴甲基)均三嗪、2-甲基-4,6-双(三溴甲基)均三嗪、2-甲氧基-4,6-双(三溴甲基)均三嗪等。
作为噁二唑化合物的例子,可列举:2-三氯甲基-5-苯乙烯基-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(氰基苯乙烯基)-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(萘并-1-基)-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(4-苯乙烯基)苯乙烯基-1,3,4-噁二唑等。
作为羰基化合物的例子,可列举:二苯甲酮、米蚩酮、2-甲基二苯甲酮、3-甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、2-氯二苯甲酮、4-溴二苯甲酮、2-羧基二苯甲酮等二苯甲酮衍生物;2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、1-羟基环己基苯基酮、α-羟基-2-甲基苯基丙酮、1-羟基-1-甲基乙基-(对异丙基苯基)酮、1-羟基-1-(对十二烷基苯基)酮、2-甲基-(4’-(甲硫基)苯基)-2-吗啉代-1-丙酮、2-(二甲基氨基)-2-[(4-甲基苯基)甲基]-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、1,1,1-三氯甲基-(对丁基苯基)酮、2-苄基-2-二甲基氨基-4-吗啉代苯丁酮等苯乙酮衍生物;噻吨酮、2-乙基噻吨酮、2-异丙基噻吨酮、2-氯噻吨酮、2,4-二甲基噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、2,4-二异丙基噻吨酮等噻吨酮衍生物;对二甲基氨基苯甲酸乙酯、对二乙基氨基苯甲酸乙酯等苯甲酸酯衍生物等。
作为缩酮化合物的例子,可列举:苄基甲基缩酮、苄基-β-甲氧基乙基乙缩醛等。
作为苯偶姻化合物的例子,可列举:间苯偶姻异丙基醚、苯偶姻异丁基醚、苯偶姻甲基醚、邻苯甲酰基苯甲酸甲酯等。
作为吖啶化合物的例子,可列举:9-苯基吖啶、1,7-双(9-吖啶基)庚烷等。
作为有机过氧化物,可列举例如:三甲基环己酮过氧化物、乙酰丙酮过氧化物、1,1-双(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双(叔丁基过氧化)环己烷、2,2-双(叔丁基过氧化)丁烷、叔丁基过氧化氢、过氧化氢异丙苯、过氧化氢二异丙基苯、2,5-二甲基己烷-2,5-二过氧化氢、1,1,3,3-四甲基丁基过氧化氢、叔丁基异丙苯基过氧化物、二异丙苯基过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、2,5-噁烷酰基过氧化物(2,5-oxanoyl peroxide)、过氧化琥珀酸、过氧化苯甲酰、2,4-二氯苯甲酰基过氧化物、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二-2-乙基己酯、过氧化二碳酸二-2-乙氧基乙酯、过氧化二碳酸二甲氧基异丙酯、过氧化二碳酸二(3-甲基-3-甲氧基丁基)酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化辛酸叔丁酯、过氧化月桂酸叔丁酯、3,3’,4,4’-四(叔丁基过氧化羰基)二苯甲酮、3,3’,4,4’-四(叔己基过氧化羰基)二苯甲酮、3,3’,4,4’-四(对异丙基异丙苯基过氧化羰基)二苯甲酮、羰基二(叔丁基过氧化二氢二邻苯二甲酸酯)、羰基二(叔己基过氧化二氢二邻苯二甲酸酯)等。
作为偶氮化合物,可列举例如:日本特开平8-108621号公报中记载的偶氮化合物等。
作为香豆素化合物,可列举例如:3-甲基-5-氨基-((均三嗪-2-基)氨基)-3-苯基香豆素、3-氯-5-二乙基氨基-((均三嗪-2-基)氨基)-3-苯基香豆素、3-丁基-5-二甲基氨基-((均三嗪-2-基)氨基)-3-苯基香豆素等。
作为叠氮化合物的例子,可列举:美国专利第2848328号说明书、美国专利第2852379号说明书以及美国专利第2940853号说明书中记载的有机叠氮化合物、2,6-双(4-叠氮基亚苄基)-4-乙基环己酮(BAC-E)等。
作为茂金属化合物,可列举:日本特开昭59-152396号公报、日本特开昭61-151197号公报、日本特开昭63-41484号公报、日本特开平2-249号公报、日本特开平2-4705号公报、日本特开平5-83588号公报中记载的各种二茂钛化合物,例如二环戊二烯基双苯基钛、二环戊二烯基双(2,6-二氟苯基-1-基)钛、二环戊二烯基双(2,4-二氟苯基-1-基)钛、二环戊二烯基双(2,4,6-三氟苯基-1-基)钛、二环戊二烯基双(2,3,5,6-四氟苯基-1-基)钛、二环戊二烯基双(2,3,4,5,6-五氟苯基-1-基)钛、二(甲基环戊二烯基)双(2,6-二氟苯基-1-基)钛、二(甲基环戊二烯基)双(2,4,6-三氟苯基-1-基)钛、二(甲基环戊二烯基)双(2,3,5,6-四氟苯基-1-基)钛、二(甲基环戊二烯基)双(2,3,4,5,6-五氟苯基-1-基)钛、日本特开平1-304453号公报、日本特开平1-152109号公报中记载的铁-芳烃络合物等。
作为联咪唑类化合物,优选例如六芳基联咪唑化合物(洛芬碱二聚体(lophine dimers)类化合物)等。
作为六芳基联咪唑化合物,可列举例如日本特公昭45-37377号公报、日本特公昭44-86516号公报中记载的洛芬碱二聚体类、日本特公平6-29285号公报、美国专利第3,479,185号、美国专利第4,311,783号、美国专利第4,622,286号等的各说明书中记载的各种化合物,具体可列举:2,2’-双(邻氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基联咪唑、2,2’-双(邻溴苯基))4,4’,5,5’-四苯基联咪唑、2,2’-双(邻,对-二氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基联咪唑、2,2’-双(邻氯苯基)-4,4’,5,5’-四(间甲氧基苯基)联咪唑、2,2’-双(邻,邻’-二氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基联咪唑、2,2’-双(邻硝基苯基)-4,4’,5,5’-四苯基联咪唑、2,2’-双(邻甲基苯基)-4,4’,5,5’-四苯基联咪唑、2,2’-双(邻三氟苯基)-4,4’,5,5’-四苯基联咪唑等。
作为有机硼酸盐化合物的具体例,可列举例如:日本特开昭62-143044号、日本特开昭62-150242号、日本特开平9-188685号、日本特开平9-188686号、日本特开平9-188710号、日本特开2000-131837、日本特开2002-107916、日本专利第2764769号、日本特开200116539号等各公报、及Kunz,Martin“Rad Tech’98.Proceeding April19-22,1998,Chicago”等中记载的有机硼酸盐;日本特开平6-157623号公报、日本特开平6-175564号公报、日本特开平6-175561号公报中记载的有机硼锍络合物或有机硼氧锍络合物;日本特开平6-175554号公报、日本特开平6-175553号公报中记载的有机硼碘鎓络合物;日本特开平9-188710号公报中记载的有机硼鏻络合物;日本特开平6-348011号公报、日本特开平7-128785号公报、日本特开平7-140589号公报、日本特开平7-306527号公报、日本特开平7-292014号公报等中记载的有机硼过渡金属配位络合物等。
作为二砜化合物的例子,可列举:日本特开昭61-166544号公报、日本特开2002-328465号公报等中记载的化合物等。
作为聚合引发剂,还适宜使用羟基苯乙酮化合物、氨基苯乙酮化合物、及酰基膦化合物。更具体而言,还可以使用例如日本特开平10-291969号公报中记载的氨基苯乙酮系引发剂、日本专利第4225898号公报中记载的酰基膦氧化物系引发剂。
作为羟基苯乙酮系引发剂,可使用IRGACURE-184、DAROCUR-1173、IRGACURE-500、IRGACURE-2959、IRGACURE-127(商品名,均为BASF公司制造)。作为氨基苯乙酮系引发剂,可使用作为市售品的IRGACURE-907、IRGACURE-369及IRGACURE-379(商品名,均为BASF公司制造)。作为氨基苯乙酮系引发剂,还可使用吸收波长与365nm或405nm等的长波光源匹配的日本特开2009-191179号公报中记载的化合物。另外,作为酰基膦系引发剂,还可以使用作为市售品的IRGACURE-819、DAROCUR-TPO(商品名,均为BASF公司制造)。
作为(E)聚合引发剂,从固化性、经时稳定性、后加热时不易发生着色的观点出发,优选肟化合物。
作为肟化合物,可列举:J.C.S.Perkin II(1979)1653-1660、J.C.S.Perkin II(1979)156-162、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995)202-232、Journal ofApplied Polymer Science(2012年)pp.725-731、日本特开2000-66385号公报中记载的化合物、日本特开2000-80068号公报、日本特表2004-534797号公报中记载的化合物等。
另外,作为除上述记载以外的肟酯化合物,还可以使用:在咔唑的N位连结有肟的日本特表2009-519904号公报中记载的化合物;在二苯甲酮部位导入有杂取代基的美国专利7626957号公报中记载的化合物;在色素部位导入有硝基的日本特开2010-15025号公报及美国专利公开2009-292039号记载的化合物;国际公开专利2009-131189号公报中记载的酮肟类化合物;在同一分子内含有三嗪骨架和肟骨架的美国专利7556910号公报中记载的化合物;在405nm具有最大吸收且对于g射线光源具有良好的灵敏度的日本特开2009-221114号公报中记载的化合物等。
此外,还适宜使用日本特开2007-231000号公报及日本特开2007-322744号公报中记载的环状肟化合物。在环状肟化合物中,从具有较高的光吸收性、高灵敏度化的观点出发,特别优选日本特开2010-32985号公报、日本特开2010-185072号公报中记载的与咔唑色素缩环而成的环状肟化合物。
另外,在肟化合物的特定部位具有不饱和键的日本特开2009-242469号公报中记载的化合物也能够通过从聚合非活性自由基再生活性自由基而实现高灵敏度化,因此也适宜使用。
除此之外,还可以列举日本特开2007-269779号公报中记载的具有特定取代基的肟化合物、日本特开2009-191061号公报中记载的具有硫芳基的肟化合物。
具体而言,还优选下述式(OX)所示的化合物,更优选(OX-1)所示的化合物。需要说明的是,可以是肟的N-O键为(E)体的肟化合物,也可以是肟的N-O键为(Z)体的肟化合物,还可以是肟的N-O键为(E)体与(Z)体的混合物。
[化学式28]
式(OX)中,R及B与后述式(OX-1)中同义。A1优选为式(OX-1)的-A-SAr或烷基。烷基的碳原子数优选为1~12、更优选为1~6、特别优选为1~3。
[化学式29]
式(OX-1)中,R及B各自独立地表示一价取代基,A表示二价有机基团,Ar表示芳基。
上述式(OX-1)中,作为R所示的一价取代基,优选为一价的非金属原子团。
作为上述一价的非金属原子团,可列举:烷基、芳基、酰基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、杂环基、烷硫基羰基、芳硫基羰基等。另外,这些基团可以具有1个以上取代基。另外,上述取代基还可以进一步被其它取代基取代。
作为取代基,可列举卤原子、芳氧基、烷氧基羰基或芳氧基羰基、酰氧基、酰基、烷基、芳基等。
上述式(OX-1)中,作为B所示的一价取代基,表示芳基、杂环基、芳基羰基、或杂环羰基。这些基团可以经由连结基团键合于亚甲基,作为该连结基团,可列举单键、羰基、后述取代基Y、烷基、或它们的组合。另外,这些基团可以具有1个以上取代基。作为取代基,可列举上述的取代基。另外,上述取代基还可以进一步被其它取代基取代。
其中,特别优选如下所示的结构。
下述结构中,Y、X及n分别与后述式(OX-2)中的Y、X及n同义,优选例也相同。
[化学式30]
上述式(OX-1)中,作为A所表示的二价有机基团,可列举碳原子数1~12的亚烷基、碳原子数3~12的亚环烷基、碳原子数2~12的亚炔基。另外,这些基团可以具有1个以上取代基。作为取代基,可列举上述的取代基。另外,上述取代基还可以进一步被其它取代基取代。
其中,作为式(OX-1)中的A,从提高灵敏度、抑制由加热经时引起的着色的方面出发,优选未取代的亚烷基、被烷基(例如甲基、乙基、叔丁基、十二烷基)取代后的亚烷基、被烯基(例如乙烯基、烯丙基)取代后的亚烷基、被芳基(例如苯基、对甲苯基、二甲苯基、异丙苯基、萘基、蒽基、菲基、苯乙烯基)取代后的亚烷基。
上述式(OX-1)所示的肟化合物优选为下述式(OX-2)所示的化合物。
[化学式31]
(式(OX-2)中,R及X分别独立地表示一价取代基,A及Y分别独立地表示二价有机基团,Ar表示芳基,n为0~5的整数。)
式(OX-2)中的R、A及Ar与上述式(OX-1)中的R、A及Ar同义,优选例也相同。
上述式(OX-2)中,作为X所示的一价取代基,可列举:烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、酰氧基、酰基、烷氧基羰基、氨基、杂环基、卤原子。另外,这些基团可以具有1个以上取代基。作为取代基,可列举上述的取代基。另外,上述取代基还可以进一步被其它取代基取代。
这些取代基中,作为式(OX-2)中的X,从提高溶剂溶解性和长波长区的吸收效率的观点出发,优选烷基。
另外,式(2)中的n表示0~5的整数,优选为0~2的整数。
上述式(OX-2)中,作为Y所示的二价有机基团,可列举如下所示的结构Sub-1~Sub-11。需要说明的是,在如下所示的基团中,“*”表示在上述式(OX-2)中Y与邻接碳原子的键合位置。
其中,从高灵敏度化的观点出发,优选结构Sub-1及Sub-2。
[化学式32]
进而,上述式(OX-2)所示的肟化合物优选为下述式(OX-3)所示的化合物。
[化学式33]
式(OX-3)中,R及X各自独立地表示一价取代基,A表示二价有机基团,Ar表示芳基,n为0~5的整数。)
式(OX-3)中的R、X、A、Ar及n与上述式(OX-2)中的R、X、A、Ar及n分别同义,优选例也相同。
适宜使用的肟化合物的具体例(PIox-1)~(PIox-13)如下所示,本发明并不限定于这些具体例。
[化学式34]
肟化合物具有因热分解而引发、促进聚合的作为热聚合引发剂的功能。
另外,肟化合物优选在350nm~500nm的波长范围具有最大吸收波长,更优选在360nm~480nm的波长范围具有吸收波长,特别优选为365nm及455nm的吸光度高的化合物。
从灵敏度的观点出发,优选使肟化合物在365nm或405nm下的摩尔吸光系数为1,000~300,000、更优选为2,000~300,000、特别优选为5,000~200,000。化合物的摩尔吸光系数可以采用公知的方法,具体而言,优选例如:利用紫外可见分光光度计(Varian公司制造的Carry-5spectrophotometer),使用乙酸乙酯溶剂,在0.01g/L的浓度下进行测定。
另外,作为肟化合物,还优选使用IRGACURE OXE01及IRGACUREOXE02等市售品(均为BASF公司制造)。
作为鎓盐化合物,可列举例如:S.I.Schlesinger,Photogr.Sci.Eng.,18,387(1974)、T.S.Bal et al,Polymer,21,423(1980)中记载的重氮盐(diazoniumsalt);美国专利第4,069,055号说明书、日本特开平4-365049号等中记载的铵盐;美国专利第4,069,055号、美国专利第4,069,056号的各说明书中记载的鏻盐;欧洲专利第104,143号的各说明书、日本特开平2-150848号、日本特开平2-296514号的各公报中记载的碘鎓盐等。
碘鎓盐为二芳基碘鎓盐,从稳定性的观点出发,优选被2个以上的烷基、烷氧基、芳氧基等给电子性基团取代。
作为锍盐,可列举欧洲专利第370,693号、欧洲专利第390,214号、欧洲专利第233,567号、欧洲专利第297,443号、欧洲专利第297,442号、美国专利第4,933,377号、美国专利第4,760,013号、美国专利第4,734,444号、美国专利第2,833,827号、德国专利第2,904,626号、德国专利第3,604,580号、德国专利第3,604,581号的各说明书中记载的锍盐,从稳定性及灵敏度的观点出发,优选为被吸电子性基团取代的锍盐。作为吸电子性基团,优选哈米特(Hammett)值大于0。作为优选的吸电子性基团的例子,可列举卤原子、羧酸基等。
另外,作为其它的优选锍盐,可列举三芳基锍盐的1个取代基具有香豆素结构或蒽醌结构、且在300nm以上具有吸收的锍盐。作为其它的优选锍盐,可列举三芳基锍盐的取代基中具有烯丙氧基、芳硫基且在300nm以上具有吸收的锍盐。
另外,作为鎓盐化合物的例子,可列举:J.V.Crivello et al,Macromolecules,10(6),1307(1977)、J.V.Crivello et al,J.Polymer Sci.,Polymer Chem.Ed.,17,1047(1979)中记载的硒鎓盐;C.S.Wen et al,Teh,Proc.Conf.Rad.Curing ASIA,p478Tokyo,Oct(1988)中记载的砷鎓盐等鎓盐等。
作为酰基膦(氧化物)化合物,可列举BASF公司制造的IRGACURE819、DAROCUR4265、DAROCUR TPO等。
作为(E)聚合引发剂,从固化性的观点出发,优选为选自下组中的化合物:三卤甲基三嗪类化合物、苯偶酰二甲基缩酮化合物、α-羟基酮化合物、α-氨基酮化合物、酰基膦类化合物、氧化膦类化合物、茂金属化合物、肟类化合物、三烯丙基咪唑二聚体、鎓类化合物、苯并噻唑类化合物、二苯甲酮类化合物、苯乙酮类化合物及其衍生物、环戊二烯-苯-铁络合物及其盐、卤甲基噁二唑化合物、3-芳基取代香豆素化合物。
进一步优选为三卤甲基三嗪类化合物、α-氨基酮化合物、酰基膦类化合物、氧化膦类化合物、肟类化合物、三烯丙基咪唑二聚体、鎓类化合物、二苯甲酮类化合物、苯乙酮类化合物,最优选为选自三卤甲基三嗪类化合物、α-氨基酮化合物、肟类化合物、三烯丙基咪唑二聚体、二苯甲酮类化合物中的至少一种化合物。
尤其在将高折射率层形成用固化性组合物设置于固体摄像元件的彩色滤光片而制成微透镜的情况下,最优选使用肟类化合物作为(E)聚合引发剂,其原因在于肟类化合物在后加热时的着色特别少且固化性特别良好。
高折射率层形成用固化性组合物中含有的(E)聚合引发剂的含量(在2种以上的情况下为总含量)相对于固化性组合物的全部固体成分优选为0.1质量%以上且10质量%以下、更优选为0.3质量%以上且8质量%以下、进一步优选为0.5质量%以上且5质量%以下。通过使该含量在该范围内,可获得良好的固化性。
高折射率层形成用固化性组合物还可以进一步根据需要而含有以下详述的任意成分。以下,针对固化性组合物中可含有的任意成分进行说明。
[阻聚剂]
在固化性组合物的制造中或保存中,为了阻止具有可聚合的烯属不饱和双键的化合物发生不需要的聚合,而优选添加阻聚剂。
作为阻聚剂,可列举:含有酚羟基的化合物、N-氧化物化合物类、哌啶1-烃氧基自由基化合物类、吡咯烷1-烃氧基自由基化合物类、N-亚硝基苯基羟基胺类、重氮化合物类、及阳离子染料类、含有硫醚基(sulfide group)的化合物类、含有硝基的化合物类、FeCl3、CuCl2等过渡金属化合物类。
作为进一步优选的实施方式,如下所述。
含有酚羟基的化合物优选为选自对苯二酚、对甲氧基苯酚、二叔丁基对甲酚、邻苯三酚(pyrogallol)、叔丁基儿茶酚、苯醌、4,4-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、苯酚树脂类及甲酚树脂类中的化合物。
N-氧化物化合物类优选为选自5,5-二甲基-1-吡咯啉N-氧化物、4-甲基吗啉N-氧化物、吡啶N-氧化物、4-硝基吡啶N-氧化物、3-羟基吡啶N-氧化物、吡啶甲酸N-氧化物、烟酸N-氧化物、及异烟酸N-氧化物中的化合物。
哌啶1-烃氧基自由基化合物类优选为选自哌啶1-烃氧基自由基、2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-氧代-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-乙酰胺-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-马来酰亚胺-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、及4-膦酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基中的化合物。
吡咯烷1-烃氧基自由基化合物类优选为3-羧基-2,2,5,5-四甲基吡咯烷1-烃氧基自由基(3-carboxy-proxyl free radical、3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine1-oxyl free radical)。
N-亚硝基苯基羟基胺类优选为选自由N-亚硝基苯基羟基胺亚铈盐及N-亚硝基苯基羟基胺铝盐组成的化合物组中的化合物。
重氮化合物类优选为选自4-二偶氮苯基二甲基胺的硫酸氢盐、4-二偶氮二苯基胺的四氟硼酸盐、及3-甲氧基-4-二偶氮二苯基胺的六氟磷酸盐中的化合物。
上述例示化合物中,优选对苯二酚、对甲氧基苯酚、二叔丁基对甲酚、邻苯三酚、叔丁基儿茶酚、苯醌、4,4-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)的含有酚羟基的化合物、哌啶1-烃氧基自由基或2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-氧代-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-乙酰胺-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-马来酰亚胺-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、及4-膦酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基的哌啶1-烃氧基自由基化合物、或N-亚硝基苯基羟基胺亚铈盐及N-亚硝基苯基羟基胺铝盐的N-亚硝基苯基羟基胺化合物,更优选2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-氧代-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-乙酰胺-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基、4-马来酰亚胺-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基及4-膦酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-烃氧基自由基的哌啶1-烃氧基自由基化合物、或N-亚硝基苯基羟基胺亚铈盐及N-亚硝基苯基羟基胺铝盐的N-亚硝基苯基羟基胺化合物,进一步优选N-亚硝基苯基羟基胺亚铈盐及N-亚硝基苯基羟基胺铝盐的N-亚硝基苯基羟基胺化合物。
作为阻聚剂的优选添加量,相对于(E)聚合引发剂100质量份,优选为0.01质量份以上且10质量份以下,进一步优选为0.01质量份以上且8质量份以下,最优选为0.05质量份以上且5质量份以下的范围。
通过使阻聚剂的添加量在上述范围,可以充分地抑制非图像部的固化反应及促进图像部的固化反应,获得良好的图像形成性及灵敏度。
[粘合剂聚合物]
从提高被膜特性等的观点出发,本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物优选进一步包含粘合剂聚合物。
作为上述粘合剂聚合物,可列举:具有羧基的单体经均聚或共聚而成的树脂;使具有酸酐的单体进行均聚或共聚,并使酸酐单元发生水解、半酯化或半酰胺化而成的树脂;利用不饱和一元羧酸及酸酐使环氧树脂进行改性而成的环氧丙烯酸酯等。作为具有羧基的单体,可列举丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、4-羧基苯乙烯等,作为具有酸酐的单体,可列举马来酸酐等。
另外,同样包括在侧链具有羧酸基的酸性纤维素衍生物。此外,在具有羟基的聚合物上加成环状酸酐而成的聚合物等也是有用的。
在使用共聚物作为粘合剂聚合物的情况下,作为进行共聚的化合物,还可以使用上述列举的除单体以外的其它单体。作为其它单体的例子,可列举下述(1)~(12)的化合物。
(1)丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸3-羟基丙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸3-羟基丙酯、甲基丙烯酸4-羟基丁酯等具有脂肪族羟基的丙烯酸酯类及甲基丙烯酸酯类。
(2)丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸-2-氯乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、丙烯酸乙烯酯、丙烯酸2-苯基乙烯酯、丙烯酸1-丙烯酯、丙烯酸烯丙酯、丙烯酸2-丙烯酰氧基乙酯、丙烯酸炔丙酯等丙烯酸烷基酯。
(3)甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸-2-氯乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、甲基丙烯酸乙烯酯、甲基丙烯酸2-苯基乙烯酯、甲基丙烯酸1-丙烯酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸2-烯丙氧基乙酯、甲基丙烯酸炔丙酯等甲基丙烯酸烷基酯。
(4)丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-己基甲基丙烯酰胺、N-环己基丙烯酰胺、N-羟基乙基丙烯酰胺、N-苯基丙烯酰胺、N-硝基苯基丙烯酰胺、N-乙基-N-苯基丙烯酰胺、乙烯基丙烯酰胺、乙烯基甲基丙烯酰胺、N,N-二烯丙基丙烯酰胺、N,N-二烯丙基甲基丙烯酰胺、烯丙基丙烯酰胺、烯丙基甲基丙烯酰胺等丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。
(5)乙基乙烯基醚、2-氯乙基乙烯基醚、羟基乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、辛基乙烯基醚、苯基乙烯基醚等乙烯基醚类。
(6)乙酸乙烯酯、氯乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯等乙烯基酯类。
(7)苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基苯乙烯、氯甲基苯乙烯、对乙酰氧基苯乙烯等苯乙烯类。
(8)甲基乙烯基酮、乙基乙烯基酮、丙基乙烯基酮、苯基乙烯基酮等乙烯基酮类。
(9)乙烯、丙烯、异丁烯、丁二烯、异戊二烯等烯烃类。
(10)N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈、甲基丙烯腈等。
(11)马来酰亚胺、N-丙烯酰基丙烯酰胺、N-乙酰基甲基丙烯酰胺、N-丙酰基甲基丙烯酰胺、N-(对氯苯甲酰)甲基丙烯酰胺等不饱和酰亚胺。
(12)α位上键合有杂原子的甲基丙烯酸类单体。可列举例如:日本特开2002-309057号、日本特开2002-311569号等各公报中记载的化合物。
上述粘合剂聚合物中还优选包含将以下述通式(ED)所示的化合物(以下也称为“醚二聚体”)作为必须成分的单体成分聚合而成的重复单元。
[化学式35]
(式(ED)中,R1及R2分别独立地表示氢原子或可以具有取代基的碳原子数1~25的烃基。)
由此,本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物可形成耐热性及透明性均极为优异的固化涂膜。在表示上述醚二聚体的上述通式(ED)中,作为R1及R2所示的可以具有取代基的碳原子数1~25的烃基,没有特殊限制,可列举例如:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、叔戊基、硬脂基、月桂基、2-乙基己基等直链状或支链状的烷基;苯基等芳基;环己基、叔丁基环己基、二环戊二烯基、三环癸基、异冰片基、金刚烷基、2-甲基-2-金刚烷基等脂环式基;1-甲氧基乙基、1-乙氧基乙基等被烷氧基取代的烷基;苄基等被芳基取代的烷基;等等。这些烃基中,从耐热性方面考虑,尤其优选诸如甲基、乙基、环己基、苄基等这样的不易因酸、热的作用而发生离去的伯碳或仲碳取代基。
作为上述醚二聚体的具体例,可列举例如:2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二甲酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二乙酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二正丙酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二异丙酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二正丁酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二异丁酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二叔丁酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二叔戊酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二硬脂酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二月桂酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(2-乙基己基)酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(1-甲氧基乙基)酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(1-乙氧基乙基)酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二苄酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二苯酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二环己酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(叔丁基环己基)酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(二环戊二烯基)酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(三环癸基)酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二异冰片酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二金刚烷酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(2-甲基-2-金刚烷基)酯等。上述醚二聚体中,尤其优选2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二甲酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二乙酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二环己酯、2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二苄酯。这些醚二聚体可以单独使用1种,也可以使用2种以上。另外,来自上述通式(ED)所示的化合物的结构体也可以与其它单体共聚。
作为能够与醚二聚体共聚的其它单体,可列举例如:用于导入酸基的单体、用于导入自由基聚合性双键的单体、用于导入环氧基的单体、以及除了这些单体以外的其它可共聚的单体。这样的单体可以仅使用1种,也可以使用2种以上。
作为用于导入酸基的单体,可列举例如:(甲基)丙烯酸、衣康酸等具有羧基的单体;N-羟基苯基马来酰亚胺等具有酚羟基的单体;马来酸酐、衣康酸酐等具有羧酸酐基的单体等。这些单体中,特别优选(甲基)丙烯酸。
另外,用于导入酸基的单体也可以是能够在聚合后赋予酸基的单体,可列举例如:(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯等具有羟基的单体、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等具有环氧基的单体、(甲基)丙烯酸2-异氰酸根合乙酯等具有异氰酸酯基的单体等。在使用用于导入自由基聚合性双键的单体的情况、以及使用能够在聚合后赋予酸基的单体的情况下,需要在聚合后进行赋予酸基的处理。聚合后赋予酸基的处理因单体的种类而异,可列举例如下述处理。如果是使用具有羟基的单体的情况,则可以列举使例如琥珀酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、马来酸酐等酸酐加成的处理。如果是使用具有环氧基的单体的情况,则可以列举使例如N-甲基氨基苯甲酸、N-甲基氨基苯酚等具有氨基和酸基的化合物加成的处理、或在使例如像(甲基)丙烯酸这样的酸加成后所生成的羟基上加成例如琥珀酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、马来酸酐等酸酐的处理。如果是使用具有异氰酸酯基的单体的情况,则可以列举使例如2-羟基丁酸等具有羟基和酸基的化合物加成的处理。
在将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物包含用于导入酸基的单体的情况下,其含有比例没有特殊限制,优选在总单体成分中为5~70质量%、更优选为10~60质量%。
作为用于导入自由基聚合性双键的单体,可列举例如:(甲基)丙烯酸、衣康酸等具有羧基的单体;马来酸酐、衣康酸酐等具有羧酸酐基的单体;(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、邻(间或对)乙烯基苄基缩水甘油基醚等具有环氧基的单体;等等。在使用用于导入自由基聚合性双键的单体的情况下,需要进行用于在聚合后赋予自由基聚合性双键的处理。用于在聚合后赋予自由基聚合性双键的处理根据所使用的能够赋予自由基聚合性双键的单体的种类而异,可列举例如下述处理。如果是使用(甲基)丙烯酸、衣康酸等具有羧基的单体的情况,则可以列举使(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、邻(间或对)乙烯基苄基缩水甘油基醚等具有环氧基和自由基聚合性双键的化合物加成的处理。如果是使用马来酸酐、衣康酸酐等具有羧酸酐基的单体的情况,则可以列举使(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯等具有羟基和自由基聚合性双键的化合物加成的处理。如果是使用(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、邻(间或对)乙烯基苄基缩水甘油基醚等具有环氧基的单体的情况,则可以列举使(甲基)丙烯酸等具有酸基和自由基聚合性双键的化合物加成的处理。
在将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物包含用于导入自由基聚合性双键的单体的情况下,其含有比例没有特殊限制,优选在总单体成分中为5~70质量量%、更优选为10~60质量%。
作为用于导入环氧基的单体,可列举例如:(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、邻(间或对)乙烯基苄基缩水甘油基醚等。
在将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物包含用于导入环氧基的单体的情况下,其含有比例没有特殊限制,优选在总单体成分中为5~70质量%、更优选为10~60质量%。
作为其它的可共聚单体,可列举例如:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸甲基2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯等(甲基)丙烯酸酯类;苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯等芳香族乙烯基化合物;N-苯基马来酰亚胺、N-环己基马来酰亚胺等N-取代马来酰亚胺类;丁二烯、异戊二烯等丁二烯或取代丁二烯化合物;乙烯、丙烯、氯乙烯、丙烯腈等乙烯或取代乙烯化合物;乙酸乙烯酯等乙烯基酯类;等等。这些单体中,从透明性良好、耐热性不易受损的观点出发,优选(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄酯、苯乙烯。
在将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物包含其它可共聚单体的情况下,其含有比例没有特殊限制,优选为95质量%以下、更优选为85质量%以下。
将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物的重均分子量没有特殊限制,从着色感放射线性组合物的粘度、以及由该组合物形成的涂膜的耐热性的观点出发,优选为2000~200000、更优选为5000~100000、进一步优选为5000~20000。
另外,在将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物具有酸基的情况下,酸值优选为30~500mgKOH/g、更优选为50~400mgKOH/g。
将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物可通过使至少以醚二聚体为必须成分的上述单体进行聚合而容易地获得。此时,醚二聚体的环化反应与聚合同时进行,从而形成四氢吡喃环结构。
作为在合成将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物时所应用的聚合方法,没有特殊限制,可采用以往公知的各种聚合方法,特别优选利用溶液聚合法。具体而言,例如可基于日本特开2004-300204号公报中记载的聚合物(a)的合成方法来合成将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物。
以下示出了将包含通式(ED)所示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物的例示化合物,但本发明并不限定于这些例示化合物。如下所示的例示化合物的组成比为摩尔%。
[化学式36]
[化学式37]
本发明中,特别优选使2,2’-[氧代双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二甲酯(以下称为“DM”)、甲基丙烯酸苄酯(以下称为“BzMA”)、甲基丙烯酸甲酯(以下称为“MMA”)、甲基丙烯酸(以下称为“MAA”)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(以下称为“GMA”)进行共聚而成的聚合物。特别优选使DM∶BzMA∶MMA∶MAA∶GMA的摩尔比为5~15∶40~50∶5~15∶5~15∶20~30。优选使本发明中使用的构成共聚物的成分的95质量%以上为这些成分。另外,优选使这些聚合物的重均分子量为9000~20000。
本发明中使用的聚合物的重均分子量(利用GPC法测定的聚苯乙烯换算值)优选为1000~2×105、更优选为2000~1×105、进一步优选5000~5×104
其中,侧链具有烯丙基或乙烯酯基、和羧基的(甲基)丙烯酸树脂及日本特开2000-187322号公报、日本特开2002-62698号公报中记载的侧链具有双键的碱可溶性树脂、日本特开2001-242612号公报中记载的侧链具有酰胺基的碱可溶性树脂的膜强度、灵敏度、显影性的平衡优异,故优选。作为上述聚合物的例子,可列举:Dianal NR系列(三菱丽阳株式会社制);Photomer6173(含有COOH的聚氨酯丙烯酸低聚物(polyurethane acrylic oligomer).Diamond Shamrock Co.Ltd.,制);Viscoat R-264、KS RESIST106(均为大阪有机化学工业株式会社制造);Cyclomer P ACA230AA等Cyclomer P系列;Placcel CF200系列(均为大赛璐化学工业株式会社制造);Ebecryl3800(Daicel-UCB株式会社制)等。
另外,日本特公平7-12004号公报、日本特公平7-120041号公报、日本特公平7-120042号公报、日本特公平8-12424号公报、日本特开昭63-287944号公报、日本特开昭63-287947号公报、日本特开平1-271741号公报等中记载的含有酸基的氨基甲酸酯类粘合剂聚合物、日本特开2002-107918号公报中记载的侧链具有酸基和双键的氨基甲酸酯类粘合剂聚合物的强度非常优异,因此在膜强度方面有利。
另外,欧洲专利第993966号、欧洲专利第1204000号、日本特开2001-318463号公报等中记载的具有酸基的缩醛改性聚乙烯醇类粘合剂聚合物也具有优异的膜强度,故优选。
进而,作为其它的水溶性线状有机聚合物,聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧乙烷等是有用的。另外,为了提高固化被膜的强度,醇可溶性尼龙、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷与表氯醇形成的聚醚等也是有用的。
作为可以在本实施方式的固化性组合物中使用的粘合剂聚合物的重均分子量(利用GPC法测定的聚苯乙烯换算值),优选为5,000以上、进一步优选为1万以上且30万以下的范围,就数均分子量而言,优选为1,000以上、进一步优选为2,000以上且25万以下的范围。多分散度(重均分子量/数均分子量)优选为1以上、进一步优选为1.1以上且10以下的范围。
这些粘合剂聚合物可以是无规聚合物、嵌段聚合物、接枝聚合物等中的任意聚合物。
粘合剂聚合物可利用以往公知的方法合成。作为合成时所使用的溶剂,可列举例如:四氢呋喃、二氯乙烷、环己酮、甲基乙基酮、丙酮、甲醇、乙醇、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙酸2-甲氧基乙酯、二乙二醇二甲基醚、1-甲氧基-2-丙醇、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、乙酸乙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、二甲基亚砜、水等。这些溶剂可以单独使用或将2种以上混合使用。
作为合成可用于本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物的粘合剂聚合物时所使用的自由基聚合引发剂,可列举偶氮系引发剂、过氧化物引发剂等公知的化合物。
在本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物中,粘合剂聚合物可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物可以含有粘合剂聚合物,也可以不含粘合剂聚合物,在含有粘合剂聚合物的情况下,相对于固化性组合物的全部固体成分,粘合剂聚合物的含量优选为1质量%以上且40质量%以下、更优选为3质量%以上且30质量%以下、进一步优选为4质量%以上且20质量%以下。
[表面活性剂]
从进一步提高涂布性的观点出发,本实施方式的固化性组合物中还可以添加各种表面活性剂。作为表面活性剂,可使用氟类表面活性剂、非离子类表面活性剂、阳离子类表面活性剂、阴离子类表面活性剂、有机硅类表面活性剂等各种表面活性剂。具体而言,可使用与上述的“透光性固化膜形成用树脂组合物”中的表面活性剂相同的表面活性剂。
特别是,通过使本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物含有氟类表面活性剂,可以进一步提高制备成涂布液时的液体特性(尤其是流动性),因此能够进一步改善涂布厚度的均匀性及省液性。
即,在使用应用了含有氟类表面活性剂的感光性透明组合物的涂布液来形成膜的情况下,通过使被涂布面与涂布液之间的界面张力降低,从而改善对被涂布面的润湿性,提高对于被涂布面的涂布性。因此,即使在利用少量的液量来形成数μm左右的薄膜的情况下,也更为适宜形成厚度不均小的均匀厚度的膜,就这一点而言是有效的。
氟类表面活性剂中的氟含有率适宜为3质量%~40质量%、更优选为5质量%~30质量%、特别优选为7质量%~25质量%。氟含有率在该范围内的氟类表面活性剂在涂布膜的厚度均匀性及省液性方面是有效的,在固化性组合物中的溶解性也良好。
表面活性剂可以仅使用1种,也可以组合使用2种以上。
固化性组合物可以含有表面活性剂,也可以不含表面活性剂,在含有表面活性剂的情况下,表面活性剂的添加量相对于固化性组合物的总质量优选为0.001质量%~2.0质量%、更优选为0.005质量%~1.0质量%。
[其它添加剂]
进而,对于高折射率层形成用固化性组合物,为了改良固化被膜的物性,还可以添加增塑剂、敏化剂等公知的添加剂。
作为增塑剂,包括例如邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二(十二烷基)酯、三乙二醇二辛酸酯、二甲基乙二醇邻苯二甲酸酯、磷酸三甲酚酯、己二酸二辛酯、癸二酸二丁酯、三乙酰基甘油等,在使用了粘合剂聚合物的情况下,相对于聚合性化合物和粘合剂聚合物的总质量,可添加10质量%以下的增塑剂。
[紫外线吸收剂]
本实施方式的高折射率层形成用固化性组合物中也可以含有紫外线吸收剂。作为紫外线吸收剂,特别优选作为共轭二烯类化合物的下述通式(I)所示的化合物。
[化学式38]
上述通式(I)中,R1及R2各自独立地表示氢原子、碳原子数1~20的烷基、或碳原子数6~20的芳基,R1和R2可以彼此相同或相同,但不同时表示氢原子。
上述通式(I)中,R3及R4表示吸电子基团。这里,吸电子基团是哈米特的取代基常数σp值(以下也简称为“σp值”)为0.20以上且1.0以下的吸电子性基团。优选σp值为0.30以上且0.8以下的吸电子性基团。
哈米特定律是为了定量地阐述取代基对于苯衍生物的反应或平衡的影响而由L.P.Hammett于1935年提出的经验定律,其妥当性目前已得到了普遍认可。由哈米特定律求出的取代基常数包括σp值和σm值,这些值在很多常规的已有书籍中有所记载,例如,可详见:J.A.Dean编《兰氏化学手册(Lange’s Handbook ofChemistry)》第12版、1979年(Mc Graw-Hill);《化学的领域增刊(日文:科学の領域増刊)》、122号、96~103页、1979年(南江堂);《化学评论(Chemical Reviews)》,91卷、165页~195页、1991年。本发明中,并不仅仅限定于具有这些已有书籍中记载的文献已知的值的取代基,即使该值为文献未知的值,只要在基于哈米特定律而测定的情况下包含于该范围内,则当然也包含于本发明。
作为上述σp值为0.20以上且1.0以下的吸电子性基团的具体例,可列举:酰基、酰氧基、氨基甲酰基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、氰基、硝基、二烷基膦酰基、二芳基膦酰基、二芳基氧膦基、烷基亚磺酰基、芳基亚磺酰基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、磺酰氧基、酰硫基、氨磺酰基、硫氰酸酯基、硫羰基、被至少2个以上卤原子取代后的烷基、被至少2个以上卤原子取代后的烷氧基、被至少2个以上卤原子取代后的芳氧基、被至少2个以上卤原子取代后的烷基氨基、被至少2个以上卤原子取代后的烷硫基、被σp值为0.20以上的其它吸电子性基团取代后的芳基、杂环基、氯原子、溴原子、偶氮基、或硒氰酸酯基。这些取代基中,能够进一步具有取代基的基团可进一步具有上述列举的那样的取代基。
以下示出上述通式(I)所示的化合物的优选具体例[例示化合物(1)~(14)]。但在本发明中,并不限定于这些化合物。
[化学式39]
[化学式40]
[化学式41]
通式(I)所示的紫外线吸收剂可通过日本特公昭44-29620号、日本特开53-128333号、日本特开昭61-169831号、日本特开昭63-53543号、日本特开昭63-53544号、日本特开昭63-56651号等各公报、WO2009/123109号小册子中记载的方法来合成。具体而言,可利用WO2009/123109号小册子第0040段中记载的方法来合成上述例示化合物(1)。
本实施方式的固化性组合物可以含有紫外线吸收剂,也可以不含紫外线吸收剂,在含有紫外线吸收剂的情况下,紫外线吸收剂的含量相对于组合物的全部固体成分优选为0.1质量%~10质量%、更优选0.1质量%~5质量%、特别优选0.1质量%~3质量%。
另外,下层(高折射率层)也可以是以下说明的分散组合物II。
<分散组合物II>
所谓分散组合物II是指:含有一次粒径为1nm~100nm的金属氧化物粒子(A)、特定分散树脂(B)及溶剂(C)的分散组合物。这里,除特定分散树脂(B)以外的其它成分与上述分散组合物I相同。
·特定分散树脂B
作为高折射率粒子分散用分散剂,优选使用主链及侧链中的至少一方包含氮原子的低聚亚胺类分散剂。作为低聚亚胺类分散剂,优选具有包含带有pKa为14以下的官能团的部分结构X的重复单元及包含原子数40~10,000的侧链Y的侧链、且主链及侧链中的至少一方具有碱性氮原子的分散树脂(以下适当称其为“特定分散树脂(B)”)。这里,所述碱性氮原子只要是呈碱性的氮原子则没有特殊限制。
作为特定树脂(B),也可以具有与上述部分结构X等成对的部分结构W,部分结构W优选pKb为14以下的具有氮原子的结构部,更优选包含pKb为10以下的具有氮原子的结构。所谓碱强度pKb是指水温25℃下的pKb,其是用于定量地表示碱强度的指标之一,与碱性度常数同义。所谓碱强度pKb和后述的酸强度pKa成pKb=14-pKa的关系。需要说明的是,在部分结构X与部分结构W成对而形成盐结构时,设想部分结构X和部分结构W各自解离后的结构,作为在其上离子键合有质子(H+)或氢氧根离子(OH-)的化合物,评价其pKa及pKb。对于部分结构X,进一步在后述进行详细说明。
对于部分结构X,其优选范围的详情与后述的部分结构X同义。另外,对于上述侧链Y,其优选范围的详情也同样与后述的侧链Y同义。上述W优选为侧链Y的连结部解离并形成了离子键合性部位的结构。
作为特定分散树脂(B)的一例,可列举下述式[B]所示的树脂。
[化学式42]
上述式中,x、y及z分别表示重复单元的聚合摩尔比,优选使x为5~50、y为5~60、z为10~90。l表示聚酯链的连结数,其是可形成原子数40~10,000的侧链的整数,l优选为5~100,000、更优选为20~20,000、进一步优选为40~2,000。式中的以x规定共聚比的重复单元为部分结构X,式中的以z规定共聚比的重复单元为部分结构Y。
特定分散树脂(B)特别优选为具有重复单元(i)和包含原子数40~10,000的侧链Y的侧链(ii)的分散树脂(以下适当称其为“特定分散树脂(B1)”),所述重复单元(i)是选自聚(低级亚烷基亚胺)类重复单元、聚烯丙基胺类重复单元、聚二烯丙基胺类重复单元、间苯二甲胺-表氯醇缩聚物类重复单元及聚乙烯基胺类重复单元中的至少1种具有碱性氮原子的重复单元,并且该重复单元(i)具有与上述碱性氮原子上键合且具有pKa为14以下的官能团的部分结构X。
特定分散树脂(B1)具有上述重复单元(i)。由此,可提高分散树脂对粒子表面的吸附力、且减弱粒子间的相互作用。聚(低级亚烷基亚胺)可以为链状,也可以为网状。这里,所谓低级亚烷基亚胺是指:包含碳原子数1~5的亚烷基链的亚烷基亚胺。上述重复单元(i)优选形成特定分散树脂的主链部。该主链部的数均分子量、即从特定分散树脂(B1)中除去包含上述侧链Y部分的侧链后的部分的数均分子量优选为100~10,000、进一步优选为200~5,000、最优选为300~2,000。主链部的数均分子量可通过基于GPC法的聚苯乙烯换算值而测定。
作为特定分散树脂(B1),优选为包含下述式(I-1)所示的重复单元及式(I-2)所示的重复单元的分散树脂、或者包含式(I-1)所示的重复单元及式(I-2a)所示的重复单元的分散树脂。
[化学式43]
R1及R2分别独立地表示氢原子、卤原子或烷基(优选碳原子数为1~6)。a各自独立地表示1~5的整数。“*”表示重复单元间的连结部。
R8及R9是与R1同义的基团。
L为单键、亚烷基(优选碳原子数为1~6)、亚烯基(优选碳原子数为2~6)、亚芳基(优选碳原子数为6~24)、亚杂芳基(优选碳原子数为1~6)、亚氨基(优选碳原子数为0~6)、醚基、硫醚基、羰基、或这些基团组合成的连结基团。其中,优选为单键或-CR5R6-NR7-(亚氨基与X或Y相连)。其中,R5R6各自独立地表示氢原子、卤原子、烷基(优选碳原子数为1~6)。R7为氢原子或碳原子数1~6的烷基。
La为与CR8CR9和N共同形成环结构的结构部位,优选为与CR8CR9的碳原子结合而形成碳原子数3~7的非芳香族杂环的结构部位。进一步优选为与CR8CR9的碳原子及N(氮原子)结合而形成5~7元的非芳香族杂环的结构部位,更优选为形成5元的非芳香族杂环的结构部位,特别优选为形成吡咯烷的结构部位。其中,该结构部位可以进一步具有烷基等取代基。
X表示具有pKa14以下的官能团的基团。
Y表示原子数40~10,000的侧链。
优选使特定分散树脂(B1)进一步具有式(I-3)、式(I-4)或式(I-5)所示的重复单元作为共聚成分。通过使特定分散树脂(B1)包含这样的重复单元,可以进一步提高其分散性能。
[化学式44]
R1、R2、R8、R9、L、La及a与式(I-1)、(I-2)、(I-2a)中规定的含义相同。
Ya表示具有阴离子基团的原子数40~10,000的侧链。式(I-3)所示的重复单元可通过在主链部具有伯氨基或仲氨基的树脂中添加具有与胺反应而形成盐的基团的低聚物或聚合物并使其反应来形成。Ya优选为后述式(III-2)。
式(I-1)~式(I-5)中,R1及R2特别优选为氢原子。从获取原料的观点出发,优选使a为2。
特定分散树脂(B1)也可以进一步包含具有伯氨基或叔氨基的低级亚烷基亚胺作为重复单元。需要说明的是,这样的低级亚烷基亚胺重复单元中的氮原子还可以进一步键合上述X、Y或Ya所示的基团。另外,这样的主链结构中包含键合有X所示的基团的重复单元和键合有Y的重复单元这两者的树脂也包含于特定分散树脂(B1)。
从保存稳定性、显影性的观点出发,优选在特定分散树脂(B1)所含的全部重复单元中含有1~80摩尔%式(I-1)所示的重复单元,最优选含有3~50摩尔%式(I-1)所示的重复单元。从保存稳定性的观点出发,优选在特定分散树脂(B1)所含的全部重复单元中含有10~90摩尔%式(I-2)所示的重复单元,最优选含有30~70摩尔%式(I-2)所示的重复单元。从分散稳定性及亲疏水性的平衡的观点出发,优选使重复单元(I-1)及重复单元(I-2)的含有比[(I-1)∶(I-2)]以摩尔比计在10∶1~1∶100的范围,更优选在1∶1~1∶10的范围。从效果方面出发,优选在特定分散树脂(B1)所含的全部重复单元中含有0.5~20摩尔%的根据需要而组合使用的式(I-3)所示的重复单元,最优选含有1~10摩尔%的式(I-3)所示的重复单元。需要说明的是,聚合物链Ya呈离子性键合的事实可通过红外分光法或碱滴定来加以确认。
需要说明的是,有关上述式(I-2)的共聚比的说明对于式(I-2a)、式(I-4)、式(I-5)所示的重复单元也同样适用,在包含两者时,代表其总量。
·部分结构X
上述各式中的部分结构X具有在水温25℃下的pKa为14以下的官能团。这里的所谓“pKa”是《化学手册(日文:化学便覧)(II)》(修订4版、1993年、日本化学会编、丸善株式会社)中记载的定义。“pKa为14以下的官能团”只要是物性满足该条件的官能团即可,对其结构等没有特殊限制,可列举在公知的官能团中pKa满足上述范围的官能团,特别是,优选pKa为12以下的官能团,特别优选pKa为11以下的官能团。下限值没有特殊限定,从实际出发为-5以上。作为部分结构X,具体可列举例如:羧酸基(pKa:3~5左右)、磺酸(pKa:-3~-2左右)、-COCH2CO-(pKa:8~10左右)、-COCH2CN(pKa:8~11左右)、-CONHCO-、酚羟基、-RFCH2OH或-(RF)2CHOH(RF表示全氟亚烷基或全氟烷基。pKa:9~11左右)、磺酰胺基(pKa:9~11左右)等,特别优选为羧酸基(pKa:3~5左右)、磺酸基(pKa:-3~-2左右)、-COCH2CO-(pKa:8~10左右)。
通过使部分结构X所具有的官能团的pKa为14以下,可实现与高折射粒子的相互作用。优选使部分结构X直接键合于上述具有碱性氮原子的重复单元的碱性氮原子上。部分结构X不仅可以以共价键连结,而且也可以以通过离子键合而形成盐的形式进行连结。作为部分结构X,特别优选具有下述式(V-1)、式(V-2)或式(V-3)所示的结构。
[化学式45]
U表示单键或2价连结基团。
d及e分别独立地表示0或1。
Q表示酰基或烷氧基羰基。
作为U所示的2价连结基团,可列举例如:亚烷基((更具体而言,例如-CH2-、-CH2CH2-、-CH2CHMe-(Me为甲基)、-(CH2)5-、-CH2CH(n-C10H21)-等)、含有氧的亚烷基(更具体而言,例如-CH2OCH2-、-CH2CH2OCH2CH2-等)、亚芳基(例如亚苯基、亚甲苯基、亚联苯基、亚萘基、亚呋喃基、亚吡咯基等)、亚烷氧基(例如亚乙氧基、亚丙氧基、亚苯氧基等)等,特别优选为碳原子数1~30的亚烷基或碳原子数6~20的亚芳基,最优选为碳原子数1~20的亚烷基或碳原子数6~15的亚芳基。
另外,从生产率的观点出发,优选使d为1,并且优选使e为0。
Q表示酰基或烷氧基羰基。作为Q所表示的酰基,优选为碳原子数1~30的酰基(例如甲酰基、乙酰基、正丙酰基、苯甲酰基等),特别优选为乙酰基。作为Q所表示的烷氧基羰基,Q特别优选为酰基,从制造的容易程度、原料(X的前体Xa)的获取性的观点出发,优选乙酰基。
部分结构X优选与具有碱性氮原子的重复单元的该碱性氮原子键合。由此,可飞跃性地提高二氧化钛粒子的分散性和分散稳定性。部分结构X被认为可赋予溶剂溶解性,抑制树脂的经时析出,并由此赋予分散稳定性。此外,部分结构X由于包含pKa为14以下的官能团,因此可作为碱可溶性基团而发挥功能。由此认为显影性提高,并且能够兼顾分散性、分散稳定性及显影性。
部分结构X中pKa为14以下的官能团的含量没有特殊限制,优选相对于特定分散树脂(B1)1g为0.01~5mmol、特别优选为0.05~1mmol。另外,从酸值的观点出发,其含量使得特定分散树脂(B1)的酸值达到5~50mgKOH/g左右时,从显影性的观点出发优选。
·侧链Y
作为Y,可列举能够与特定分散树脂(B1)的主链部连结的聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚(甲基)丙烯酸酯等公知的聚合物链。Y的与特定分散树脂(B1)的键合部位优选为侧链Y的末端。
Y优选与选自聚(低级亚烷基亚胺)类重复单元、聚烯丙基胺类重复单元、聚二烯丙基胺类重复单元、间苯二甲胺-表氯醇缩聚物类重复单元及聚乙烯基胺类重复单元中的至少1种具有氮原子的重复单元的上述氮原子键合。选自聚(低级亚烷基亚胺)类重复单元、聚烯丙基胺类重复单元、聚二烯丙基胺类重复单元、间苯二甲胺-表氯醇缩聚物类重复单元及聚乙烯基胺类重复单元中的至少1种具有碱性氮原子的重复单元等的主链部与Y的键合方式为共价键、离子键、或共价键及离子键的混合。Y与上述主链部的键合方式的比率为共价键∶离子键=100∶0~0∶100,优选为95∶5~5∶95,特别优选为90∶10~10∶90。
Y优选与上述具有碱性氮原子的重复单元的上述氮原子形成酰胺键、或以羧酸盐的形式形成离子键。
作为上述侧链Y的原子数,从分散性、分散稳定性、显影性的观点出发,优选为50~5,000、更优选为60~3,000。
另外,Y的数均分子量可利用基于GPC法的聚苯乙烯换算值来测定。此时,实际的做法是在将Y导入树脂之前的状态下测定其分子量。Y的数均分子量特别优选为1,000~50,000,从分散性、分散稳定性、显影性的观点出发,最优选为1,000~30,000。Y的分子量可以由作为Y的原料的高分子化合物来确定,其测定方法依照基于后述GPC的测定条件。
就Y所示的侧链结构而言,优选在每1分子树脂中相对于主链连结2个以上Y所示的侧链结构,特别优选连结5个以上Y所示的侧链结构。
特别优选使Y具有式(III-1)所示的结构。
[化学式46]
式(III-1)中,Z为具有聚酯链作为部分结构的聚合物或低聚物,其表示从具有HO-CO-Z所示的游离羧酸的聚酯去除羧基后的残基。在特定分散树脂(B1)含有式(I-3)~(I-5)所示的重复单元的情况下,Ya优选为式(III-2)。
[化学式47]
式(III-2)中,Z与式(III-1)中的Z同义。上述部分结构Y、即单侧末端具有羧基的聚酯可通过羧酸与内酯的缩聚、含有羟基的羧酸的缩聚、二元醇与二元羧酸(或环状酸酐)的缩聚等而得到。
Z优选为-(LB)nB-ZB
ZB表示氢原子或1价有机基团。在ZB为有机基团时,优选为烷基(优选碳原子数为1~30)、芳基、杂环基等。ZB还可以进一步具有取代基,作为该取代基,可列举碳原子数6~24的芳基、碳原子数3~24的杂环基。
LB为亚烷基(优选碳原子数为1~6)、亚烯基(优选碳原子数为2~6)、亚芳基(优选碳原子数为6~24)、亚杂芳基(优选碳原子数为1~6)、亚氨基(优选碳原子数为0~6)、醚基、硫醚基、羰基或这些基团组合成的连结基团。其中,优选为亚烷基(优选碳原子数为1~6)、醚基、羰基或这些基团组合成的连结基团。亚烷基可以为支链,也可以为直链。亚烷基也可以具有取代基,作为优选的取代基,为烷基(优选碳原子数1~6)、酰基(优选碳原子数2~6)、烷氧基(优选碳原子数1~6)、或烷氧基羰基(优选碳原子数2~8)。nB为5~100,000的整数。nB个LB可以为各不相同的结构。
以下,通过树脂所具有的重复单元的具体结构和其组合来表示特定分散树脂(B)的具体形态,但并不限定于此形态。下述式中,k、l、m及n分别表示重复单元的聚合摩尔比,k为1~80、l为10~90、m为0~80、n为0~70、且k+l+m+n=100。以k、l、m定义的结构和仅以k、l定义的结构分别表示为k+l+m=100、k+l=100。p及q表示聚酯链的连结数,分别独立地表示5~100,000。Ra表示氢原子或烷氧基羰基。
[化学式48]
[化学式49]
[化学式50]
[化学式51]
[化学式52]
[化学式53]
[化学式54]
[化学式55]
[化学式56]
[化学式57]
在合成特定分散树脂(B1)时,可通过下述方法来制造:(1)使具有伯氨基或仲氨基的树脂、与部分结构X的前体x及Y的前体y反应的方法;(2)使含有与部分结构X对应的结构的单体与含有Y的大分子单体进行聚合的方法等。优选如下地制造:首先合成主链具有伯氨基或仲氨基的树脂,然后,使该树脂与X的前体x及Y的前体y反应,从而通过高分子反应而导入至主链上存在的氮原子上。该制造方法的详情可参见日本特开2009-203462号等。
作为上述特定分散树脂B的分子量,以重均分子量计优选为3,000~100,000,更优选为5,000~55,000。在重均分子量在上述范围内时,导入至聚合物末端的多个上述吸附部位的效果可得到充分发挥,可发挥出对于二氧化钛粒子表面的优异吸附性能。需要说明的是,在本说明书中,在没有特殊说明的情况下,GPC是使用HLC-8020GPC(东曹(株)制)、采用TSKgelSuperHZM-H、TSKgel SuperHZ4000、TSKgel SuperHZ200(东曹公司制)作为色谱柱而进行测定的。载体适当选择即可,在能够溶解的情况下,可使用四氢呋喃。
本发明的感光性组合物中,高折射率粒子用分散剂可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
从分散性、分散稳定性的观点出发,特定树脂(B)相对于分散组合物(II)的全部固体成分的含量优选为10~50质量%的范围、更优选为11~40质量%的范围、进一步优选12~30质量%的范围。
出于除去异物及减少缺陷等目的,优选对本实施方式的固化性组合物用过滤器进行过滤。只要是以往被用于过滤用途等的材料,则可以没有特殊限定地采用。例如,可列举由PTFE(聚四氟乙烯)等氟树脂、尼龙-6、尼龙-6,6等聚酰胺类树脂、聚乙烯、聚丙烯(PP)等聚烯烃树脂(包括高密度、超高分子量)等制成的过滤器。在这些原材料中,优选聚丙烯(包括高密度聚丙烯)。
过滤器的孔径适于在0.01~7.0μm左右、优选为0.01~2.5μm左右、进一步优选为0.01~1.5μm左右。通过使过滤器的孔径在该范围,可以切实地除去已经混入到溶解的颜料等中的微细异物,该微细异物会在后续工序中阻碍均匀及平滑的固化性组合物的制备。
在使用过滤器时,也可以将不同的过滤器加以组合。此时,利用第1过滤器的过滤可以仅进行1次,也可以进行2次以上。在组合不同过滤器并进行2次以上过滤的情况下,优选使第2次以后过滤的孔径大于第1次过滤的孔径。另外,还可以在上述范围内组合不同孔径的第1过滤器。这里的孔径可参见制造商的标称值。作为市售的过滤器,可以从例如Nihon Pall株式会社、Advantec Toyo株式会社、Nihon Entegris株式会社(原Nihon Mykrolis株式会社)或Kitz Microfilter株式会社等所提供的各种过滤器中选择。
第2过滤器可使用由与上述第1过滤器相同的材料等形成的过滤器。第2过滤器的孔径适于在0.5~7.0μm左右、优选为2.5~7.0μm左右、进一步优选为4.5~6.0μm左右。通过使孔径在该范围,可以在使混合液中含有的成分粒子残存的状态下将已经混入到混合液中的异物除去,该异物会在后续工序中阻碍均匀及平滑的固化性组合物的制备。
例如,利用第1过滤器的过滤可以仅对分散液进行,也可以在混合其它成分之后进行第2过滤。
实施例
以下,列举实施例对本发明进行更为详细的说明,但对本发明的解释并不限定于这些实施例。需要说明的是,在没有特殊限定的情况下,本实施例中的所谓“份”及“%”为质量基准。另外,与制造商(公司名)一同记载的药剂名均为商品名。
(实施例1、比较例1)
<微透镜体(下层:第2光学构件)用分散液的制作>
[二氧化钛分散液(分散组合物)的制备]
使用Shinmaru Enterprises株式会社制造的NPM(对应于小径珠粒的纳米分散机)作为循环型分散装置(珠磨机),对下述组成的混合液进行了如下所述的分散处理,得到了作为分散组合物的二氧化钛分散液。
~组成~
·二氧化钛(石原产业(株)制TTO-51(C))        :150.0份
·下述分散树脂1(固体成分20%的PGMEA溶液)   :165.0份
·丙二醇单甲基醚乙酸酯                     :142.5份
[化学式58]
另外,分散装置在下述条件下运转。
·珠粒直径:φ0.05mm
·珠粒填充率:60体积%
·周速:10m/sec
·泵供给量:30Kg/hour
·冷凝水:自来水
·珠磨机环状通路内容积:1.0L
·进行分散处理的混合液量:10kg
分散开始后,以30分钟的间隔(1个循环(pass)的时间)进行了平均粒径的测定。
平均粒径随分散时间(循环次数)而减小,但其变化量逐渐减少。在将分散时间延长30分钟时平均粒径的变化达到5nm以下的时刻结束分散。需要说明的是,该分散液中二氧化钛粒子的平均粒径为40nm。
另外,本实施例中二氧化钛等的平均粒径是指:将包含二氧化钛的混合液或分散液用丙二醇单甲基醚乙酸酯稀释至80倍,并利用动态光散射法对所得稀释液进行测定而得到值。
该测定利用日机装株式会社制造的Microtrac UPA-EX150进行,得到的是数均粒径。
[氧化锆分散液(分散组合物)的制备]
在上述二氧化钛分散液的制备中,将“二氧化钛(石原产业(株)制TTO-51(C))”变更为“氧化锆(日本电工(株)制PCS)”,除此之外,与上述二氧化钛分散液的制备方法完全相同地制备了氧化锆分散液。
<下层用涂布组合物的制备>
使用上述得到的二氧化钛分散液(分散组合物),将各成分混合并使其达到以下组成,得到了下层用涂布组合物。
~下层用涂布组合物的组成~
·上述制备的二氧化钛分散液(分散组合物)             …80份
·聚合性化合物:KAYARAD DPHA(日本化药(株)制)      …3.7份
·聚合引发剂:IRGACURE OXE01(BASF制)              …0.1份
·聚合物:A(甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸共聚物)      …1.0份
                (共聚比:80/20(wt%)、重均分子量:12,000)
·表面活性剂:Megafac F781(DIC(株)制)              0.20份
·溶剂:丙二醇单甲基醚乙酸酯                       …15份
将下层用涂布组合物B01涂布于硅晶片上之后,实施预烘烤(100℃2min)、后烘烤(230℃10min),形成了膜厚1.5μm的涂布膜。其它的下层用涂布组合物按照下述表1进行了制备。
上述以外的简称的说明如下所述。
(聚合性化合物)
1031S…JER1031S(Japan Epoxy Resins(株)制)
157S65…JER157S65(Japan Epoxy Resins(株)制)
(聚合物)
B…Acrybase(甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸异丁酯-甲基丙烯酸2-羟基乙酯-甲基丙烯酸共聚物与甲氧基聚乙二醇形成的接枝共聚物、藤仓化成(株)制)
[表1]
*质量%
[接触角评价]
使用自动接触角计((株)协和界面化学制CA-V型[商品名]),利用θ/2法对于向得到的膜上滴加1滴纯水之后经过5秒时的静态接触角进行了自动测定(测定温度:25℃)。以N=5重复进行相同的测定,并将其平均值作为对纯水的静态接触角。该测定方法在上述上层的试验中也相同。
<透光性固化膜(上层:第1光学构件)的涂布组合物>
(水解缩合物的合成)
使用甲基三乙氧基硅烷进行了水解缩合反应。此时使用的溶剂为乙醇。所得水解缩合物A-1的重均分子量约为10,000。需要说明的是,上述重均分子量按照上述说明的顺序利用GPC进行确认。接着,利用搅拌机将下述组成1的成分混合,制备成上层用涂布组合物A01。其它的上层用涂布组合物使用了下述表2所示的量的成分,除此之外,与A01同样地进行了制备。
(组成1)
硅氧烷树脂:水解缩合物(A-1)                    …20份
溶剂:丙二醇单甲基醚乙酸酯(PGMEA)              …64份
3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)                          …16份
表面活性剂:EMULSOGEN-COL-020(Clariant Japan制) …2份
[表2]
*1质量%
*2将组成1中的A-1、PGMEA、EEP的总量设为100质量份时的质量份
<简称的含义>
(硅氧烷树脂原料)
MTES…甲基三乙氧基硅烷
PhTES…苯基三乙氧基硅烷
TEOS…四乙氧基硅烷
γ-GP-TMS:γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷
TFP-TMS:三氟丙基三甲氧基硅烷
TDFO-TMS:十三氟辛基三甲氧基硅烷
(表面活性剂)
EMUL-020…EMULSOGEN COL-020(阴离子类表面活性剂、Clariant(株)制)
EMUL-070…EMULSOGEN COA-070(阴离子类表面活性剂、Clariant(株)制)
PlysurfA208B:阴离子类表面活性剂、商品名、第一工业制药(株)制
ELEBASE BUB-3:非离子类表面活性剂、商品名、青木油脂工业(株)制
(氟类树脂)
CYTOP:商品名、旭硝子制
(中空二氧化硅微粒)
Thrulya2320:商品名、日挥触媒化成(株)制(平均一次粒径50nm)
(固化剂)
AAc…乙酰丙酮铝
ZAc…乙酰丙酮锆
(上层用涂布组合物的涂布)
将上述得到的上层用涂布组合物A01涂布于硅晶片上之后,实施预烘烤(100℃2min)、后烘烤(230℃10min),形成了膜厚700nm的涂布膜。
(透镜体的形成)
涂布如表1所示地制备的本发明实施例中记载的下层用涂布组合物B01~B11,然后,利用热板于100℃加热2分钟。然后,利用热板于230℃加热10分钟,使其固化。固化后的膜厚为1.5μm。
进而,在其上涂布HPR-204ESZ-9-5mPa·s(Fujifilm ElectronicMaterials(株)FFEM公司制造的抗蚀液),利用热板于90℃加热1分钟。加热后的膜厚为0.5μm。隔着具有多个边长为1.15μm、图案间间隙为0.35μm的正方形图案的掩模,利用i射线步进机(制品名:FPA-3000i5+、Canon(株)制)以300mJ/cm2对该涂布膜进行了曝光。
使用碱性显影液HPRD-429E(Fujifilm Electronic Materials(株)制)在室温下对该涂布膜进行60秒钟的桨式(paddle)显影之后,进一步通过使用纯水的旋转喷淋进行了20秒钟的淋洗。然后再利用纯水进行水洗,然后,通过高速旋转使基板干燥,从而形成了抗蚀图案。利用热板于200℃进行300秒钟的后烘烤处理,将抗蚀剂整形为透镜状的形状。
使用干式蚀刻装置(Hitachi High-Technologies制:U-621)在下述条件下对上述得到的基板实施了干式蚀刻处理,并对本发明的下层膜进行加工以使其能够用作微透镜。透镜体的高度为380nm。
·RF功率:800W
·天线偏压(antenna bias):100W
·晶片偏压(wafer bias):500W
·腔室内压:0.5Pa
·基板温度:50℃
·混合气体种类及流量:CF4/C4F6/O2/Ar=175/25/50/200ml/分钟
·光致抗蚀剂蚀刻速度:140nm/分钟
(微透镜单元的制作方法)
在其上涂布表2中的上层用涂布组合物A01~A18,使其膜厚达到0.7μm,然后利用热板于230℃加热10分钟,制作了微透镜单元。
[表面状态]
利用光学显微镜对加热前的涂布膜(刚刚涂布后的上层)进行了观察。将结果划分为下述等级进行了判定。
5:膜整体不存在不均、气泡
4:膜周边部存在极少的不均、气泡
3:膜周边部存在少量的不均、气泡,但可实用
2:膜整体存在不均、气泡,无法实用
1:膜整体产生了超出不均、气泡的凹陷,无法实用
[裂纹评价]
利用OLYMPUS公司制造的半导体检查显微镜MX50光学显微镜、或Hitachi High-Technologies公司制造的日立超高分辨率场致发射型扫描电子显微镜S-4800对在230℃加热后得到的膜的裂纹进行了观察。将结果划分为下述等级进行了判定。
5:膜整体不存在裂纹
4:膜周边部存在极少的裂纹
3:膜周边部存在少量的裂纹,但可实用
2:膜整体存在裂纹,无法实用
1:膜整体产生大量裂纹,无法实用
[吸水性(含水率)]
对所得膜进行重量测定,然后,利用Espec公司制造的高度加速寿命试验装置EHS-221(M)在温度85℃、湿度95%RH的环境下暴露20小时,去除膜的含水以外的水分,并立即进行了重量测定。含水率(%)通过{(试验后的重量/试验前的重量-1)×100}求出。测定为3次测定的平均值。将2以上设为性能上容许。
3:含水率为0.01%以下
2:含水率超过0.01%且为0.2%以下
1:含水率超过0.2%
[表3]
具备使用本发明的树脂组合物101~121而形成的透光性固化膜的微透镜单元均显示出良好的透明性及光学特性。并且,如上述表3所示,实现了单元表面的表面状态及耐龟裂性,实现了对凹部c的填充性(嵌入性),实现了极高的表面状态。
在上层(第1光学构件)的涂布组合物A01的制备中,除了代替PGMEA及EEP而使用了丙二醇单正丁基醚(PnB)80份以外,与A01同样地制备了涂布组合物122并进行了评价。与A01同样地得到了良好的结果。
另外,除了代替PGMEA及EEP而使用了丙二醇单叔丁基醚(PTB)80份、二丙二醇二甲基醚(DMM)80份、2-庚酮80份以外,与A01同样地制备了涂布组合物123并进行了评价。它们也均与A01同样地得到了良好的结果。
[固体摄像元件的制作]
在下述固体摄像元件的构成中,将本发明的微透镜单元设置于器件保护层上且彩色滤光片的下方(接近支撑体一侧),由此形成了固体摄像元件。
其结果已确认到了所得固体摄像元件的高分辨率及优异的色分离性。
[固体摄像元件的构成]
固体摄像元件的构成如下:在支撑体上具有构成固体摄像元件(CCD图像传感器、CMOS图像传感器等)的受光区的多个光电二极管以及由多晶硅等制成的传输电极,在上述光电二极管及上述传输电极上具有仅在光电二极管的受光部开口的包含钨等的遮光膜,在遮光膜上具有以覆盖遮光膜整面及光电二极管受光部的方式形成的包含氮化硅等的器件保护膜,且在上述器件保护膜上具有固体摄像元件用彩色滤光片。
(实施例2)[由厚度带来的影响]
对于上述试验101及103的组合,制作各种上层及下层厚度不同的试验体而进行了试验。其结果如下述表4所示,可知:即使改变厚度也能够实现良好的性能。另外还可知:在适宜的厚度下,其性能显著。需要说明的是,对于下层,与上述实施例1同样地实施干式蚀刻处理,进行加工以使其能够用作微透镜,并以所得下层的厚度(透镜体的高度)进行了评价。
[表4]
(实施例3)
在上述A01中,使用ECT-3(日光化学株式会社制)1份来代替EmulsogenCOL-020,除此之外,按照同样方法制备了固化性组合物并进行了评价。其结果为上层的表面状态(刚刚涂布后)、上层的裂纹(230℃加热后)均呈现良好的结果。需要说明的是,ECT-3为具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂,其具有R-O-(EO)7-COOH(R=C13烷基)的结构。
(实施例4)
在A01的(组成)中,使用ECT-3(日光化学株式会社制)1份及KF6001(Shinetsu Silicone公司制)0.02份来代替Emulsogen COL-020,除此之外,按照与实施例1相同的方法制备了涂布组合物并进行了评价。其结果为上层的表面状态(刚刚涂布后)、上层的裂纹(230℃加热后)均呈现良好的结果。

Claims (13)

1.一种光学构件组,其具有:使固化性树脂的组合物固化而成的第1光学构件、和被该第1光学构件被覆的第2光学构件,
其中,所述第2光学构件的与第1光学构件接触的表面的水接触角为70~97°,所述第1光学构件的与第2光学构件接触一侧相反侧表面的水接触角为80~115°。
2.根据权利要求1所述的光学构件组,其中,所述第1光学构件含有硅氧烷树脂及氟类树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的光学构件组,其中,所述第1光学构件还含有中空粒子。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的光学构件组,其中,所述第2光学构件含有二氧化钛或氧化锆。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的光学构件组,其中,所述第1光学构件的厚度为0.5μm~3μm。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的光学构件组,其中,所述第2光学构件的厚度为0.2μm~2μm。
7.根据权利要求2~6中任一项所述的光学构件组,其中,所述硅氧烷树脂的65质量%以上且100质量%以下由下述式(1)所示的倍半硅氧烷结构构成,
-(R1SiO3/2)n-  式(1)
上述式(1)中,R1表示碳原子数1~3的烷基,n表示20~1000的整数。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的光学构件组,其中,所述第1光学构件还含有表面活性剂。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的光学构件组,其中,所述第1光学构件包含将下述式(2)所示的烷基三烷氧基硅烷水解缩合而得到的树脂,
R2Si(OR3)3  式(2)
式(2)中,R2表示碳原子数1~3的烷基,R3表示烷基。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的光学构件组,其采用多个凸透镜作为所述第2光学构件,该多个凸透镜按照其凸出方向实质上朝向同一方向的方式排列,且该多个凸透镜自其凸出方向被构成透光性固化膜的第1光学构件被覆,在形成于所述多个凸透镜间的凹部实质上无间隙地填充有所述透光性固化膜,并且,该透光性固化膜的与所述凸透镜相反的一侧为平坦面。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的光学构件组,其中,所述第1光学构件的与第2光学构件接触一侧相反侧表面的水接触角为80~98°。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的光学构件组,其中,所述第1光学构件含有硅氧烷树脂。
13.一种固体摄像元件,其具备权利要求1~12中任一项所述的光学构件组和半导体受光单元。
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