CN104641263B - 低折射率膜、低折射率膜形成用固化性组合物、光学部件及使用其的固态摄像元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供阿贝数为5~40且折射率为1.3~1.5的低折射率膜。
Description
技术领域
本发明涉及低折射率膜、低折射率膜形成用固化性组合物、光学部件及使用其的固态摄像元件。
背景技术
近来,光学设备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了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,还可列举出液晶用背光的亮度提高透镜或漫射透镜、用于视频投影电视的屏幕的菲涅耳透镜或柱状透镜、或微透镜等。就这样的设备而言,通过主要利用树脂材料来形成微细结构,可获得所期望的几何光学性能。该设备中,为了进一步赋予防反射性,可以以适合于这些微细结构体表面的形式形成低折射率膜。
其中,有关可用于固态摄像元件的微透镜单元的材料或结构等的研究开发正得到积极的开展(例如参照专利文献1~3)。其背景可列举出固态摄像元件的微细化得到发展的同时,要求用于实现有效聚光的高性能化。特别是近年来,伴随高像素化,单一像素的尺寸已变得非常小。此外,为了在1次的制造中制作更多的设备,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
发明所要解决的课题
然而,在之前所述的防反射性的低折射率膜中,从对该膜所要求的功能出发,具有反射达到最小而图像传感器部分的透射光的透射率达到最大那样的光学特性是理想的。即,关于低折射率膜,考虑与所组合的高折射率膜的关系,优选在可见光区域中具有与该高折射率膜同等的折射率分布。但是,已知以往的用于形成低折射率膜的固化性组合物由于与用于形成高折射率膜的固化组合物相比,折射率的由波长所引起的差(分布)小,所以仅应用该固化性组合物时,难以在整个可见光区域中具有理想的折射率分布。
本发明的目的在于提供适合于固态摄像元件等光学部件中应用的高折射率膜、广泛有助于光学性能的提高的具有所期望的光学特性的低折射率膜。
此外本发明的目的在于提供实现上述所期望的光学特性的低折射率膜形成用的固化性组合物、利用其形成的低折射率膜、具备其的光学部件及使用其的固态摄像元件。
用于解决课题的方案
针对上述的课题,本发明者发现通过相对于具有特定的光学特性(阿贝数及折射率)的低折射率材料,混合具有特定的光学特性(阿贝数及折射率)的高折射率材料,能够制成具有低折射率且高的阿贝数的低折射率膜。确认该具有特定的折射率和阿贝数的新型的低折射率膜应对上述的迫切期望且与高折射率膜组合而发挥良好的光学性能。本发明是基于该见解而完成的,上述的课题通过以下的方法来解决。
〔1〕一种低折射率膜,其是阿贝数为5~40且折射率为1.3~1.5的低折射率膜,
包含低折射率材料和高折射率材料,
所述低折射率材料包含中空粒子或非中空粒子,
所述高折射率材料包含二氧化钛或氧化锆和分散树脂,所述分散树脂包含高分子化合物。
〔2〕根据〔1〕所述的低折射率膜,其中,
所述低折射率材料显示阿贝数为40~80、折射率为1.2~1.4,所述高折射率材料显示阿贝数为5~40、折射率为1.6~2。
〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的低折射率膜,其中,
所述低折射率材料包含硅氧烷树脂及氟系树脂中的至少任一种。
〔4〕根据〔1~〔3〕中任一项所述的低折射率膜,其中,
所述分散树脂包含下述式(1)~式(4)中的任一者所表示的结构单元;或所述分散树脂包含下述式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2)所表示的重复单元;或所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2a)所表示的重复单元;或者所述分散树脂包含下述式(11)所表示的高分子化合物,
X1、X2、X3、X4、及X5分别独立地表示氢原子或1价的有机基团;W1、W2、W3、及W4分别独立地表示氧原子或NH;R3表示支链或直链的亚烷基;Y1、Y2、Y3、及Y4分别独立地为单键或2价的连结基团;Z1、Z2、Z3、及Z4分别独立地为氢原子或1价的取代基;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;R4表示氢原子或1价的有机基团;
R1及R2分别独立地表示氢原子、卤素原子或烷基;a分别独立地表示1~5的整数;*表示重复单元间的连结部;R8及R9为与R1含义相同的基团;L为单键、亚烷基、亚烯基、亚芳基、亚杂芳基、亚氨基、醚基、硫醚基、羰基、或它们组合而成的连结基团;La为与CR8CR9和N一起形成环结构的结构部位;X表示具有pKa为14以下的官能团的基团;Y表示原子数为40~10,000的侧链;
R1表示(m+n)价的连结基团,R2表示单键或2价的连结基团;A1表示具有至少1种选自由酸基、脲基、氨基甲酸酯基、具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、酚基、烷基、芳基、具有亚烷基氧基链的基团、酰亚胺基、杂环基、烷基氧基羰基、烷基氨基羰基、羧酸盐基、磺酰胺基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基及羟基组成的组中的基团的1价的取代基;n个A1及R2分别可以相同,也可以不同。
〔5〕根据〔1〕~〔4〕中任一项所述的低折射率膜,其中,
所述分散树脂包含式(1)~式(4)中的任一者所表示的结构单元时,重均分子量为5000以上,
所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2)所表示的重复单元、或所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2a)所表示的重复单元时,重均分子量为3000以上,
所述分散树脂包含式(11)所表示的高分子化合物时,重均分子量为1000以上。
〔6〕根据〔1〕~〔5〕中任一项所述的低折射率膜,其包含表面活性剂、聚合性化合物及其聚合物中的至少1种。
〔7〕根据〔1〕~〔6〕中任一项所述的低折射率膜,其为防反射用途。
〔8〕一种光学部件,其具有〔1〕~〔7〕中任一项所述的低折射率膜。
〔9〕根据〔8〕所述的光学部件,其是将所述低折射率膜被覆到具有比其高的折射率的光透射性部件的表面而成的。
〔10〕一种固态摄像元件,其具有〔8〕或〔9〕所述的光学部件。
〔11〕一种低折射率膜形成用固化性组合物,其是包含显示阿贝数为40~80、折射率为1.2~1.4的低折射材料和显示阿贝数为5~40、折射率为1.6~2的高折射率材料而成的低折射率膜形成用固化性组合物,
所述低折射率材料包含中空粒子或非中空粒子,
所述高折射率材料包含二氧化钛或氧化锆和分散树脂,所述分散树脂包含高分子化合物。
〔12〕根据〔11〕所述的低折射率膜形成用固化性组合物,其中,
所述低折射率材料包含硅氧烷树脂及氟系树脂中的至少任一种。
〔13〕根据〔11〕或〔12〕所述的低折射率膜形成用固化性组合物,其中,
所述分散树脂包含下述式(1)~式(4)中的任一者所表示的结构单元;或所述分散树脂包含下述式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2)所表示的重复单元;或所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2a)所表示的重复单元;或者所述分散树脂包含下述式(11)所表示的高分子化合物,
X1、X2、X3、X4、及X5分别独立地表示氢原子或1价的有机基团;W1、W2、W3、及W4分别独立地表示氧原子或NH;R3表示支链或直链的亚烷基;Y1、Y2、Y3、及Y4分别独立地为单键或2价的连结基团;Z1、Z2、Z3、及Z4分别独立地为氢原子或1价的取代基;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;R4表示氢原子或1价的有机基团;
R1及R2分别独立地表示氢原子、卤素原子或烷基;a分别独立地表示1~5的整数;*表示重复单元间的连结部;R8及R9为与R1含义相同的基团;L为单键、亚烷基、亚烯基、亚芳基、亚杂芳基、亚氨基、醚基、硫醚基、羰基、或它们组合而成的连结基团;La为与CR8CR9和N一起形成环结构的结构部位;X表示具有pKa为14以下的官能团的基团;Y表示原子数为40~10,000的侧链;
R1表示(m+n)价的连结基团,R2表示单键或2价的连结基团;A1表示具有至少1种选自由酸基、脲基、氨基甲酸酯基、具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、酚基、烷基、芳基、具有亚烷基氧基链的基团、酰亚胺基、杂环基、烷基氧基羰基、烷基氨基羰基、羧酸盐基、磺酰胺基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基及羟基组成的组中的基团的1价的取代基;n个A1及R2分别可以相同,也可以不同。
〔14〕根据〔11〕~(13〕中任一项所述的低折射率膜形成用固化性组合物,其中,
所述分散树脂包含式(1)~式(4)中的任一者所表示的结构单元时,重均分子量为5000以上,
所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2)所表示的重复单元、或所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2a)所表示的重复单元时,重均分子量为3000以上,
所述分散树脂包含式(11)所表示的高分子化合物时,重均分子量为1000以上。
〔15〕根据〔11〕~〔14〕中任一项所述的低折射率膜形成用固化性组合物,其还包含表面活性剂、聚合性化合物及其聚合物中的至少1种。
〔16〕一种光学部件组的制造方法,其是具有第1光学部件和被其被覆的第2光学部件的光学部件组的制造方法,其包括以下工序:
准备〔14〕~〔15〕中任一项所述的固化性组合物的工序;
将该固化性组合物涂布到第2光学部件上的工序;和
使该固化性组合物固化而形成低折射率膜即第1光学部件的工序。
〔17〕一种固化性组合物的制造方法,其是用于形成低折射率膜的固化性组合物的制造方法,其中,
在将包含显示阿贝数为40~80、折射率为1.2~1.4的低折射率材料的第1组合物和包含显示阿贝数为5~40、折射率为1.6~2的高折射率材料的第2组合物混合而制备时,
作为所述第1组合物使用包含中空粒子或非中空粒子的组合物,
作为所述第2组合物使用包含二氧化钛或氧化锆和分散树脂的组合物,所述分散树脂包含高分子化合物。
本说明书中折射率及阿贝数只要没有特别说明,则基于后述实施例中测定的条件。“准备”的用语意味着处于广泛能够使用该物质的状态。例如为不仅包含合成或制备材料,还包含通过购入来供应的意思。
发明效果
本发明的低折射率膜具有适合于固态摄像元件等光学部件中应用的高折射率膜的光学特性,广泛有助于制品中的光学性能的提高。
本发明中的固化性组合物在制成低折射率膜时实现所期望的折射率和良好的折射率的波长分布,进一步具有稳定性和良好的涂布性。其固化膜具有光透射性,组装到制品中发挥优异的光学性能。
使用上述的具有优异的性质的低折射率膜而制作的光学部件及使用其的固态摄像元件发挥在宽的波长区域中适当抑制·防止反射光的优异的光学性能。
此外,根据本发明的制造方法,能够适当制造上述的发挥优异的性能的固化性组合物、低折射率膜、光学部件及固态摄像元件。
本发明的上述及其他特征及优点由下述的记载变得更加清楚。
具体实施方式
作为本发明的优选的实施方式的低折射率膜具有特定的阿贝数和折射率。并且,优选由采用了特定的低折射率材料和高折射率材料的固化性组合物来形成。将该低折射率膜作为光学部件利用的光学部件组的优选的实施方式的一例中,可列举出微透镜单元。其是具备含有特定的低折射率材料和高折射率材料而成的低折射率膜(第1光学部件)和被其被覆的多个微透镜体(第2光学部件)的光学部件组。
以下,关于本发明,以其优选的实施方式所述的固化性组合物及低折射率膜中的特定的低折射率材料和高折射率材料为中心进行说明。另外,关于光学部件组以微透镜单元为例进行说明,关于第1光学部件以低折射率膜为例进行说明,关于第2光学部件以微透镜体为例进行说明。
<固化性组合物>
本实施方式中,固化性组合物含有低折射率材料和高折射率材料。低折射率材料及高折射率材料在组合物中的含有率与各材料的说明一起在以下记载,但若作为整体进行规定,则低折射率材料在组合物的固体成分中,优选为40~99质量%,更优选为50~95质量%。关于高折射率材料,优选为1~60质量%,更优选为5~55质量%。若作为两者的配合比而言,则相对于低折射率材料100质量份,优选将高折射率材料设为1~45质量份,更优选设为5~35质量份。由于通过将两材料设为上述的含有率(配合比),可更有效地调整而得到所期望的折射率和其分布,所以优选。
本发明的固化性组合物只要通过通用的方法来制造即可,但可以将包含上述低折射率材料的第1组合物和包含高折射率材料的第2组合物混合而适当制备。
<低折射率材料>
低折射率材料的折射率优选为1.45以下,更优选为1.43以下,进一步优选为1.41以下,进一步优选为1.40以下,进一步优选为1.39以下,进一步优选为1.37以下,特别优选为1.35以下。下限值没有特别限定,但实际为1.2以上。通过选择特定的树脂作为低折射率材料的构成成分,实现所期望的光学特性,进而像素间的不均变小,所以优选。在本发明中,作为组合物中含有的成分使用中空粒子或非中空粒子。另外,低折射率材料是指用于形成低折射率膜的构成成分(通常为固体成分)。其鉴定只要没有特别说明,则可以利用通过后述实施例中采用的溶剂及测定方法测定的折射率来进行。可是,考虑原料液的溶解·分散性,溶剂也可以变更为适宜常用的溶剂。这对于高折射率材料也是同样的。另外,低折射率材料可以以1种成分来满足上述折射率,也可以将2种以上的成分组合来满足上述折射率。这对于下面叙述的阿贝数也是同样的,此外对于高折射率材料也是同样的。
低折射率材料的阿贝数优选为40以上,更优选为45以上,进一步优选为50以上,进一步优选为53以上,特别优选为55以上。关于上限,优选为90以下,更优选为85以下,进一步优选为80以下,特别优选为75以下。通过将低折射率材料的阿贝数设定为该范围,在与后述高折射率材料组合来制成膜时,可以发挥良好的光学特性。
阿贝数的鉴定只要没有特别说明,则利用通过后述实施例中采用的溶剂及测定方法测定的折射率进行评价。
<硅氧烷树脂组合物>
硅氧烷树脂可以使用后述的烷氧基硅烷原料,介由水解反应及缩合反应来得到。更具体而言,该化合物可以如下地形成:使烷基三烷氧基硅烷的一部分或全部的烷氧基水解而转换成硅烷醇基,并使生成的硅烷醇基的至少一部分缩合而形成Si-O-Si键。硅氧烷树脂也可以是具有笼型、梯型、或无规型等中任意的倍半硅氧烷结构的硅氧烷树脂。另外,上述“笼型”、“梯型”、及“无规型”可以参照例如倍半硅氧烷材料的化学和应用展开(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)所表示的倍半硅氧烷结构。
-(R1SiO3/2)n- 式(1)
(上述式(1)中,R1表示碳原子数为1~3的烷基。n表示20~1000的整数。)
上述R1所表示的烷基只要在上述碳原子数的范围则没有特别限制,但可列举出例如甲基、乙基、丙基、异丙基等。其中,优选甲基、乙基,特别优选的是甲基。此外,R1所表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所表示的烷基所任选具有的取代基,优选不是卤素原子、及具有烯属不饱和键的基团,可列举出氨基(优选碳原子数为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(优选碳原子数为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(优选碳原子数为1~20的酰氧基、例如乙酰氧基、苯甲酰氧基等)、氨基甲酰基(优选碳原子数为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(优选碳原子数为1~20的酰基氨基、例如乙酰氨基、苯甲酰氨基等)等。
本发明中,只要没有特别说明,则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。由于硅上具有4个键合点,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,如下所述那样地分为4种。下式中,R为有机基团。
[化学式1]
本发明中,倍半硅氧烷只要没有特别说明,则是指基本构成单元为T单元的聚硅氧烷的总称。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2分之3的拉丁语为“SESQUI”。)。本实施方式中,优选上述T单元的式中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。
本实施方式的硅氧烷树脂优选固化膜中所包含的硅氧烷树脂整体的65质量%以上且100质量%以下、即低折射率膜形成用树脂组合物(固化性组合物)中所包含的硅氧烷树脂整体的65质量%以上且100质量%以下由上述的倍半硅氧烷结构构成。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,特别优选实质上为100质量%(其中,在100质量%的情况下,也可以在不损害所期望的效果的范围内包含不可避免的杂质等其他成分。)。另外,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。
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,作为起始原料,可以使用包含烷基三烷氧基硅烷的烷氧基硅烷原料。另外,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,所得到的水解缩合物的结构变得更加柔韧,进而通过有机成分的存在而能够提高对基板的润湿性。
所谓烷基三烷氧基硅烷是硅原子上键合有1个烷基和3个烷氧基的有机硅化合物,可由下述式(2)表示。
式(2):R2Si(OR3)3
(R2表示碳原子数为1~3的烷基,R3表示烷基。)
烷基三烷氧基硅烷的烷基(式(2)中的R2)只要在碳原子数为1~3的范围内则没有特别限制,但优选甲基或乙基,特别优选为甲基。
烷基三烷氧基硅烷的烷氧基没有特别限制,但例如可列举出甲氧基、乙氧基等。更具体而言,作为式(2)中的R3,优选碳原子数为1~20的直链状或支链状的烷基。其中,优选碳原子数为1~10,更优选碳原子数为1~4。特别是从水解速度的控制容易的方面出发,优选式(2)中的R3为乙基即乙氧基。
作为烷基三烷氧基硅烷,例如可列举出甲基三甲氧基硅烷、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、丙基三乙氧基硅烷等。其中,优选使用甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷,特别优选使用甲基三乙氧基硅烷。另外,作为烷基三烷氧基硅烷,可以仅使用1种,也可以将2种以上并用。
优选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。通过使含量在该范围内,可保证所得到的水解缩合物的结构的柔性及对被加工物的润湿性,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,还可以使用其他烷氧基硅烷,其中,优选四烷氧基硅烷。通过包含四烷氧基硅烷,水解缩合物中的交联密度增加,硬膜而得到的皮膜的电绝缘性、耐显影性、耐热性更加提高,从这点考虑是优选的。
所谓四烷氧基硅烷是硅原子上键合有4个烷氧基的有机硅化合物,可由下述式(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别限制,但例如可列举出甲氧基、乙氧基等。更具体而言,作为式(3)中的R4,优选碳原子数为1~20的直链状或支链状的烷基。其中,优选碳原子数为1~10、更优选碳原子数为1~4。特别是从水解速度的控制容易的方面出发,优选式(3)中的R4为乙基即乙氧基。
作为四烷氧基硅烷,例如可列举出四甲氧基硅烷、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。
另外,作为四烷氧基硅烷,可以仅使用1种,也可以将2种以上并用。
烷氧基硅烷原料中的四烷氧基硅烷的含量没有特别限制,但优选为35质量%以下,更优选为20质量%以下。下限值没有特别限制,在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。
另外,本说明书中关于化合物的表现,除了该化合物本身以外,还用于包含其盐、络合物、其离子的含义。此外,其是包含在起到所期望的效果的范围内,以规定的形态改性而成的衍生物的含义。此外,关于本说明书中未明确记载取代·未取代的取代基(包含连结基团),是指该基团可以具有任意的取代基的含义。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,可列举出下述取代基T。
作为取代基T,可列举出下述的基团。
可列举出烷基(优选碳原子数为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(优选碳原子数为2~20的烯基、例如乙烯基、烯丙基、油基等)、炔基(优选碳原子数为2~20的炔基、例如乙炔基、丁二炔基、苯基乙炔基等)、环烷基(优选碳原子数为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(优选碳原子数为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(优选碳原子数为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(优选碳原子数为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(优选碳原子数为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(优选碳原子数为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(优选碳原子数为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(优选碳原子数为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(优选碳原子数为1~20的酰氧基、例如乙酰氧基、苯甲酰氧基等)、氨基甲酰基(优选碳原子数为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(优选碳原子数为1~20的酰基氨基、例如乙酰氨基、苯甲酰氨基等)、氰基、或卤素原子(例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等)。
化合物或取代基等包含烷基、烯基等时,它们可以是直链状也可以是支链状,可以被取代也可以未取代。此外,包含芳基、杂环基等时,它们可以为单环也可以为稠环,可以被取代也可以未取代。
(硅氧烷树脂的制造)
本实施方式的低折射率膜形成用树脂组合物(固化性组合物)中所含的硅氧烷树脂可以使用上述的烷氧基硅烷原料,介由水解反应及缩合反应而得到。
作为水解反应及缩合反应,可以使用公知的方法,根据需要也可以使用酸或碱等催化剂。作为催化剂,只要是可变更pH的催化剂则没有特别限制,具体而言,作为酸(有机酸、无机酸),可列举出例如硝酸、草酸、乙酸、甲酸、盐酸等,作为碱,可列举出例如氨、三乙胺、乙二胺等。使用的量只要使硅氧烷树脂满足规定的分子量则没有特别限定。
在水解反应及缩合反应的反应体系中,根据需要也可以加入溶剂。作为溶剂,只要能够实施水解反应及缩合反应则没有特别限制,但例如可列举出水、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、甲乙酮、甲基异戊基酮等酮类等。其中,这里优选应用与后述的含有硅氧烷树脂的溶剂不同的溶剂,更优选使用碳原子数为1~5的醇化合物或碳原子数为2~6的醚化合物。
水解反应及缩合反应的条件(温度、时间、溶剂量)可以根据所使用的材料的种类而适当选择最适的条件。
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,优选为2,000~45,000,更优选为2,500~25,000,特别优选为3,000~25,000。
另外,重均分子量是使用公知的GPC(凝胶渗透色谱法)进行测定、并换算成标准聚苯乙烯时的值。只要没有特别说明,则在GPC测定中如下进行:作为柱使用Waters2695及Shodex制GPC柱KF-805L(将3根柱直接连结),在柱温度40℃下注入50μl试样浓度为0.5质量%的四氢呋喃溶液,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(低折射率膜形成用固化性组合物)中的上述硅氧烷树脂的含量相对于全部组合物质量,优选为超过5质量%且为50质量%以下。其中,更优选10~45质量%,特别优选15~40质量%。
(表面活性剂)
从更加提高涂布性的观点出发,本实施方式的低折射率膜形成用树脂组合物(固化性组合物)优选含有具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂。聚氧亚烷基结构是指亚烷基和二价的氧原子邻接地存在的结构,具体而言可列举出环氧乙烷(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,可以使用氟系表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机硅系表面活性剂等各种表面活性剂。它们中,优选非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、及有机硅系表面活性剂,进一步优选非离子表面活性剂、及阴离子表面活性剂,特别优选阴离子表面活性剂。
在使用应用了本实施方式的低折射率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,可改善被涂布面的润湿性,提高对被涂布面的涂布性。
作为氟系表面活性剂,例如可列举出Megafac F171、Megafac F172、MegafacF173、Megafac F176、Megafac F177、Megafac F141、Megafac F142、Megafac F 143、Megafac F 144、Megafac R30、Megafac F437、Megafac F479、Megafac F482、MegafacF554、Megafac F780、Megafac F781(以上,DIC(株)制)、Fluorad FC430、Fluorad FC431、Fluorad FC171(以上,Sumitomo 3MLimited制)、Surflon S-382、Surflon S-141、SurflonS-145、Surflon SC-101、Surflon SC-103、Surflon SC-104、Surflon SC-105、SurflonSC1068、Surflon SC-381、Surflon SC-383、Surflon S393、Surflon KH-40(以上,旭硝子(株)制)、Eftop EF301、Eftop EF303、Eftop EF351、Eftop EF352(以上,Jemco(株)制)、PF636、PF656、PF6320、PF6520、PF7002(OMNOVA公司制)等。
作为非离子表面活性剂,具体而言,可列举出甘油、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)制的ELEBASE BUB-3等。
作为阴离子表面活性剂,具体而言,可列举出W004、W005、W017(裕商(株)社制)、Clariant Japan(株)制的EMULSOGENCOL-020、EMULSOGENCOA-070、EMULSOGENCOL-080、第一工业制药(株)制的PlysurfA208B等。
作为有机硅系表面活性剂,例如可列举出Toray Dowcorning(株)制”ToraySilicone DC3PA”、“Toray Silicone SH7PA”、“Toray Silicone DC11PA”,“ToraySilicone SH21PA”,“Toray Silicone SH28PA”、“Toray Silicone SH29PA”、“ToraySilicone SH30PA”、“Toray Silicone SH8400”、Momentive Performance Materials公司制“TSF-4440”、“TSF-4300”、“TSF-4445”、“TSF-4460”、“TSF-4452”、Shinetsu Silicone株式会社制“KP341”、“KF6001”、“KF6002”、BYK Chemie公司制“BYK307”、“BYK323”、“BYK330”、GELEST制“DBE-224”、“DBE-621”等。
表面活性剂可以仅使用1种,也可以将2种以上组合。
此外,作为本实施方式的优选的具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂,可列举出下述式(4)所表示的表面活性剂。
式(4):R5O(R6O)mR7
(上述式中,R5表示碳原子数为1~20的烷基,R6表示碳原子数为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,也可以是直链状或支链状的烷基。其中,优选碳原子数为5~20,更优选碳原子数为12~18。作为式(4)中的R6,也可以是直链状或支链状的亚烷基,可列举出亚甲基、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,优选氢原子、或羧基,特别优选羧基。
表面活性剂的添加量没有特别限定,但作为其下限值,优选相对于上述的固化性树脂100质量份以1质量份以上的范围添加,更优选为1.5质量份以上,特别优选为7.5质量份以上。上限值也没有特别限定,但优选为30质量份以下,更优选为15质量份以下。
本实施方式的树脂组合物中,也可以在使用上述的具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂的同时使用其他表面活性剂、或独立于上述具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂而使用其他表面活性剂。作为该表面活性剂,可以使用常用的表面活性剂,其中优选使用有机硅系表面活性剂。作为优选的有机硅系表面活性剂,可列举出在侧链或末端、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,可列举出氨基、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,可列举出氨基、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,也优选在含有上述的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”。),也可以将上述的具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂、有机硅系表面活性剂和烷氧基硅烷化合物α这3种表面活性剂并用。作为该烷氧基硅烷化合物α,优选应用具有碳原子数为4~12(更优选碳原子数为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)所表示的化合物。
式(5):Si(OR51)n-4(R52)n
这里,R51是与上述R4含义相同的基团。R52优选碳原子数为4~12的烷基,更优选碳原子数为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并用的表面活性剂的配合量可任意调整,例如,相对于具有聚氧亚烷基结构的表面活性剂100质量份,优选以0.01~100质量份使用并用的表面活性剂,更优选以1~100质量份使用,更优选以10~100质量份使用。
(中空粒子·非中空粒子)
上述固化性组合物或将其固化而成的固化膜包含中空粒子。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。中空粒子为内部具有空洞的结构的粒子,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,将中空粒子或多孔粒子适当称为“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%,特别优选为30~60%。使特定粒子的空隙率为上述的范围从低折射率化和维持粒子的耐久性的观点出发是优选的。
特定粒子中,从容易降低折射率的观点出发,更优选为中空粒子。例如,在由二氧化硅构成中空粒子的情况下,由于中空二氧化硅粒子含有折射率低的空气(折射率=1.0),因此,其折射率与通常的二氧化硅(折射率=1.6)相比变低。
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。此外,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号等各公报中记载的方法。
特定粒子的平均一次粒径优选为1nm~200nm,更优选为10nm~100nm。
这里的特定粒子的平均一次粒径可通过透射型电子显微镜观察分散的粒子,并由所得到的照片求出。求出粒子的投影面积,由其求出圆当量直径作为平均一次粒径。本说明书中的平均一次粒径通过对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,特别优选为1.15~1.30。
本说明书中,折射率表示作为粒子整体的折射率,粒子为中空粒子的情况下,并不仅仅表示形成中空粒子的外壳的折射率。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仪(Atago(株)制)进行测定(测定温度为25℃,波长为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,可列举出氟化镁、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,更优选为1nm~60nm。
无机粒子只要满足必要的空隙率,晶系可以为结晶质、无定形中的任一种,此外,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。形状特别优选为球状,但也可以为念珠状、长径与短径的比为1以上的形状、或为无定形状。
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,特别优选为50m2/g~1500m2/g。
对于无机粒子,为了谋求在固化性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,也可以实施等离子体放电处理、电晕放电处理这样的物理性表面处理、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,无机粒子为二氧化硅粒子、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,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的表面所具有的有机基团,可列举出饱和或不饱和的碳原子数为1~18的烃基、碳原子数为1~18的卤代烃基等。
上述偶联剂可作为无机粒子的表面处理剂而在制备低折射率膜用涂布液以前预先用于实施表面处理,也可以进一步作为添加剂在制备涂布液时添加于其中。
为了减轻表面处理的负担,优选在进行表面处理前预先将无机粒子分散于介质中。
特定粒子的更优选的方式为二氧化硅粒子。
作为由二氧化硅构成的特定粒子,可以优选使用市售的特定粒子。
例如,可使用:日挥触媒化成(株)制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Snowtex系列(多孔粒子、IPA分散、乙二醇分散、甲乙酮(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Silinax(多孔粒子)、扶桑化学工业(株)制PL系列(多孔粒子、IPA分散、甲苯分散、丙二醇单甲基醚分散、甲乙酮分散等。例如PL-1-IPA、PL-2L-PGME等。)、EVONIK公司制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。
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%,更优选为15质量%~40质量%,进一步优选为15质量%~30质量%。
特定粒子相对于固化性组合物(低折射率膜形成用固化性组合物)中的全部固体成分的含量优选为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%~80质量%。
在使用固化性组合物形成膜的情况下,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。通过为1mg/m2以上,可靠地获得低折射率化的效果、耐擦伤性的改良效果,同时通过为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。
(氟系树脂)
上述固化性组合物或将其固化而成的固化膜优选包含氟系树脂。可列举出例如日本特开2004-21036号公报中记载的氟系的硅氧烷聚合物。
所谓氟系树脂是物质分子中含有氟的树脂,具体而言,可列举出聚四氟乙烯、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/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系聚合物形成的含有聚四氟乙烯的混合粉体。
此外,还优选使用无定形氟树脂,作为市售品,可列举出CYTOP(旭硝子制)等。聚四氟乙烯等氟系树脂分子量优选10万~1000万的范围,尤其更优选10万~100万的范围,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-MitsuiFluorochemicals Co.,Ltd.制的“Teflon(注册商标)”6-J、“Teflon(注册商标)”6C-J、“Teflon(注册商标)”62-J、Asahi ICI Fluoropolymers Co.,Ltd.制的“Fluon”CD1、CD076等。此外,作为由聚四氟乙烯粒子和有机系聚合物形成的含有聚四氟乙烯的混合粉体的市售品,由Mitsubishi Rayon(株)作为“Metablen(注册商标)”A系列市售,市售有“Metablen(注册商标)”A-3000、“Metablen(注册商标)”A-3800等。
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、氟系涂敷剂、氟系表面活性剂、含有电子束或紫外线固化成分的氟系表面处理剂、含有热固化成分的氟系表面处理剂等。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他共聚成分,优选丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯。
以下示出具体的例子。作为无定形氟树脂,可列举出旭硝子公司制Lumiflon、旭硝子公司制CYTOP(CYTOP)等。作为以含有全氟烷基的(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,可列举出日本油脂公司制Modiper F系列、大金工业公司制Unidyne、大日本油墨化学工业公司制Megafac F470系列、Megafac F480系列、MegafacF110系列等,共聚更优选嵌段共聚。作为氟系涂敷剂,可列举出住友3M公司制EGC1700。作为氟系表面活性剂,可列举出大日本油墨化学工业制Megafac F114、Megafac F410系列、Megafac 440系列、Megafac 450、Megafac 490系列等。作为含有电子束或紫外线固化成分的氟系表面处理剂,可列举出Omnova Solutions公司制PolyFox PF-3320、Unimatec公司制Cheminox FAMAC-8、住友3M公司制EGC1720等。作为含有热固化成分的氟系表面处理剂,可列举出住友3M公司制EGC1720、大日本油墨化学工业公司制NH-10、NH-15等。
氟树脂也可以是多种含氟化合物的混合。
氟系树脂的添加量没有特别限定,但从与上述硅氧烷树脂同样的观点出发,优选在低折射率膜形成用固化性组合物中为与上述硅氧烷树脂同样的含有率的范围。
(固化剂)
本实施方式的低折射率膜形成用树脂组合物也可以进一步含有固化剂。作为固化剂,优选由Al、Mg、Mn、Ti、Cu、Co、Zn、Hf及Zr形成的固化剂,也可以将它们并用。
这些固化剂可以通过使螯合剂与金属醇盐反应而容易地获得。作为螯合剂的例子,可以使用乙酰丙酮、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,可列举出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、单乙酰乙酸酯双(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、乙酰丙酮氧化钛。它们中,优选为三(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,若考虑保存稳定性、获取容易度,则特别优选三(乙酰丙酮)铝、三(乙酰乙酸乙酯)铝。
相对于树脂组合物的总含量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。
<溶剂>
本实施方式的低折射率膜形成用树脂组合物(固化性组合物)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、低折射率膜形成用树脂组合物的涂布性则基本上没有特别限制,但特别优选考虑粘合剂的溶解性、涂布性、安全性而进行选择。此外,在制备本实施方式中的低折射率膜形成用树脂组合物时,也可以含有2种有机溶剂。
作为有机溶剂,作为酯类,可优选列举出例如乙酸乙酯、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,以及作为醚类,可优选列举出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,以及作为酮类,可优选列举出例如甲乙酮、环己酮、2-庚酮、3-庚酮等,以及作为芳香族烃类,可优选列举出例如甲苯、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。
本发明的固化性组合物中,所应用的溶剂在组合物的总量中优选为50~99.9质量%,更优选为60~95质量%。该化合物的量在上述下限值以上的情况下,涂布性变得良好,故优选。在上述上限值以下的情况下,也同样可使涂布性变得良好,故优选。
另外,本发明的固化性组合物的溶剂可以是除了上述的溶剂以外还包含后述高折射率材料的分散组合物的溶剂,或者也可以是它们的混合溶剂。
(粘度)
从形成具有厚度的良好的透射膜的观点出发,本实施方式的低折射率膜形成用树脂组合物优选调节其粘度。具体的粘度的范围没有特别限定,但优选为1~20cP,更优选为2~15cP,特别优选为4~6cP。本说明书中的粘度的值只要没有特别说明,则采用基于后述的测定方法的值。
·测定方法
使用E型粘度计“TV-20形粘度计·锥板型TVE-20L”(东机产业制)于室温(约25℃)下进行测定。取样每隔100秒进行并将测定5次粘度所得值的平均值作为粘度值。
另外,本发明中组合物是指2种以上的成分以特定的组成实质上均匀地存在。这里,实质上均匀是指在发挥发明的作用效果的范围内,各成分也可以不均匀地存在。此外,组合物只要满足上述定义,则形态并没有特别限定,并不限定于流动性的液体或糊剂,是也包括由多种成分构成的固体或粉末等的含义。进而,在具有沉降物这样的情况下,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。
<高折射率材料>
本实施方式的固化性组合物含有高折射率材料。高折射率材料呈现的折射率优选为超过1.45,更优选为1.46以上,进一步优选为1.50以上,进一步优选为1.55以上,进一步优选为1.6以上,进一步优选为1.7以上,进一步优选为1.8以上,特别优选为1.85以上。作为上限值,优选为2以下,更优选为1.97以下,进一步优选为1.95以下,特别优选为1.93以下。
低折射率材料与高折射率材料的折射率的差没有特别限定,但优选为0.3~0.75,更优选为0.35~0.7。
高折射率材料的阿贝数优选为5以上,更优选为7以上,进一步优选为10以上,特别优选为12以上。关于上限,优选为40以下,更优选为35以下,进一步优选为30以下,进一步优选为25以下,特别优选为20以下。通过将高折射率材料的阿贝数设定为该范围,在与上述低折射率材料组合而制成膜时,能够发挥良好的光学特性。
阿贝数的鉴定只要没有特别说明,则通过利用后述实施例中采用的溶剂及测定方法而测定的折射率进行评价。
以下,对本实施方式中的高折射率材料的优选的实施方式进行详细说明。但是,本发明并不限定于那样的实施方式。
另外,本发明中,除了后述实施方式的树脂组合物以外,可以适当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(Mitsubishi Gas Chemical Company,Inc.制)
(4)环硫树脂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)
本实施方式中,作为包含高折射率材料的组合物,优选由选自以下说明的分散组合物I、II或III中的至少一种分散组合物形成。
(分散组合物I)
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为40~10000的范围的接枝链的接枝共聚物(B)和溶剂(C)的分散组合物,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。
(A)金属氧化物粒子
作为金属氧化物粒子,是折射率高的无机粒子,可列举出钛(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,更优选为二氧化钛粒子(以下有时也简称为“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,优选纯度为70%以上,更优选纯度为80%以上,进一步优选纯度为85%以上。优选以式TinO2n-1(n表示2~4的数。)所表示的低价氧化钛、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。
金属氧化物粒子只要是一次粒径为1nm~100nm则没有特别限制,例如可以从市售的金属氧化物粒子中适当选择使用。金属氧化物粒子的一次粒径优选为1nm~80nm,特别优选为1nm~50nm。若金属氧化物粒子的一次粒径超过100nm,则有时折射率及透射率降低。此外,在低于1nm的情况下,有时因凝聚而引起分散性、分散稳定性降低。
此外,金属氧化物粒子的一次粒径可作为金属氧化物粒子的平均粒径获得。金属氧化物粒子的平均粒径是指通过将包含金属氧化物粒子的混合液或分散液用丙二醇单甲基醚乙酸酯稀释成80倍,对所得到的稀释液使用动态光散射法进行测定而得到的值。
这里的平均粒径设为使用日机装株式会社制Microtrac UPA-EX150进行测定而得到的数均粒径。以下的实施例中也是同样的。
作为金属氧化物粒子的折射率,没有特别限制,但从获得高折射率的观点出发,优选为1.75~2.70,进一步优选为1.90~2.70。该折射率的测定方法与上述中空粒子相同。
此外,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,特别优选为30m2/g~150m2/g。
此外,对于金属氧化物粒子的形状没有特别限制。可以为例如米粒状、球状、立方体状、纺锤形状或无定形状。
金属氧化物粒子也可以是经有机化合物进行表面处理而成的粒子。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,也可以将2种以上的表面处理剂组合来实施。
此外,优选金属氧化物粒子的表面被铝、硅、氧化锆等氧化物覆盖。由此,耐候性进一步提高。
作为金属氧化物粒子,可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,可列举出例如石原产业(株)制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MT系列(MT-01、MT-05等)等。
作为二氧化锆粒子的市售物,可列举出例如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,可列举出例如OG502-31科莱恩公司(ClariantCo.)制等。
金属氧化物粒子可以单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。
此外,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,从分散稳定性的观点出发,组合物中的金属氧化物粒子的含量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,特别是用作高折射率的微透镜,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%,特别优选为55质量%~80质量%。
(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的范围的接枝链。此时的接枝链表示从共聚物的主链的根部(从主链分支出的基团中与主链键合的原子)到从主链分支出的基团的末端为止。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,所以金属氧化物粒子的分散性、及经时后的分散稳定性优异。此外,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,因此可抑制涂布膜中的膜厚的均匀性变差。
作为(B)接枝共聚物,优选每1条接枝链的除氢原子以外的原子数为40~10000,更优选每1条接枝链的除氢原子以外的原子数为100~500,进一步优选每1条接枝链的除氢原子以外的原子数为150~260。若该原子数过少,则由于接枝链短,所以有时空间排斥效果变小而分散性、分散稳定性降低。另一方面,若过多,则每1条接枝链的除氢原子以外的原子数超过10000时,接枝链变得过长,有时对金属氧化物粒子的吸附力降低而分散性、分散稳定性降低。
另外,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包含的氢原子以外的原子个数。此外,在接枝共聚物中包含2种以上接枝链的情况下,只要至少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、分散稳定性,优选为具有聚(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,没有特别限定,但可优选适当使用具有反应性双键性基团的大分子单体。
作为适用于特定树脂的合成的市售大分子单体,可列举出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)、Blemmer PP-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)、Blemmer 55-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)、Blemmer 43PAPE-600B(日油公司制)等。它们中,优选可列举出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)、Blemmer PME-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)中的任一者所表示的结构单元,更优选至少包含下述式(1A)、下述式(2A)下述式(3)、及下述式(4)中的任一者所表示的结构单元。
[化学式2]
式(1)~式(4)中,X1、X2、X3、X4、及X5分别独立地表示氢原子或1价的有机基团。从合成上的制约的观点出发,优选为氢原子、或碳原子数为1~12的烷基,更优选为氢原子或甲基,特别优选为甲基。
式(1)~式(4)中,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。
式(3)中,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)-所表示的基团、或-CH(CH3)-CH2-所表示的基团。
此外,作为式(3)中的R3,也可以在特定树脂中将2种以上结构不同的R3混合使用。
式(1)~式(4)中,Y1、Y2、Y3、及Y4分别独立地为单键或2价的连结基团,结构上没有特别制约。具体而言,可列举出下述的(Y-1)~(Y-21)的连结基团等。下述结构中的A、B分别是指与式(1)~式(4)中的左末端基、右末端基的键合。在下述所示的结构中,从合成的简便性出发,更优选为(Y-2)、(Y-13)。
[化学式3]
式(1)~式(4)中,Z1、Z2、Z3、及Z4分别独立地为氢原子或1价的取代基,取代基的结构没有特别限定,但具体而言,可列举出烷基、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,特别是从分散性提高的观点出发,优选具有空间排斥效果,作为Z1~Z3所表示的1价的取代基,优选分别独立地为碳原子数为5~24的烷基或碳原子数为5~24的烷氧基,其中,特别优选分别独立地为碳原子数为5~24的具有支链烷基的烷氧基或碳原子数为5~24的具有环状烷基的烷氧基。此外,作为Z4所表示的1价的取代基,优选碳原子数为5~24的烷基,其中,优选分别独立地为碳原子数为5~24的支链烷基或碳原子数为5~24的环状烷基。
式(1)~式(4)中,n、m、p、及q分别为1~500的整数。
式(1)及式(2)中,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,式(1)及式(2)中的j及k优选为4~6的整数,特别优选为5。
式(4)中,R4表示氢原子或1价的有机基团,结构上没有特别限定,但优选为氢原子、烷基、芳基、杂芳基,进一步优选为氢原子、烷基。该R为烷基的情况下,作为该烷基,优选碳原子数为1~20的直链状烷基、碳原子数为3~20的支链状烷基、或碳原子数为5~20的环状烷基,更优选碳原子数为1~20的直链状烷基,特别优选碳原子数为1~6的直链状烷基。
此外,作为式(4)中的R4,也可以在特定树脂中将2种以上结构不同的R4混合使用。
作为上述式(1)所表示的结构单元,从分散稳定性的观点出发,更优选为下述式(1A)或(2A)所表示的结构单元。
[化学式4]
式(1A)中,X1、Y1、Z1及n与式(1)中的X1、Y1、Z1及n含义相同,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含义相同,优选的范围也相同。
作为特定树脂,进一步优选为具有上述式(1A)所表示的结构单元的树脂。
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)相对于特定树脂的总质量优选在10%~75%的范围内包含,更优选在12%~50%的范围内包含,特别优选在15%~40%的范围内包含。若为该范围内,则金属氧化物粒子的分散性、分散稳定性高,使用分散组合物而形成的涂布膜中的膜厚的均匀性变得更加良好。此外,作为特定树脂,也可以是2种以上的结构不同的接枝共聚物的组合。
此外,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%以下的含有酸基的结构单元(重复单元)的聚合物。含有酸基的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,特别优选为60质量%以上且75质量%以下。若含有酸基的结构单元的含量相对于特定树脂的总质量低于25质量%,则特定树脂对金属氧化物粒子的吸附性变得不充分而分散稳定性变差。
若含有酸基的结构单元的含量相对于特定树脂的总质量超过90质量%,则上述接枝链在特定树脂中的导入量变得不充分而分散稳定性变差,同样难以形成晶片的中心部与周边部的膜厚差小的膜。
此外,通过使含有酸基的结构单元的含量为上述范围内,可将特定树脂的酸值适当地调整至下述优选的范围内。
此外,酸基也可以作为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功能。
作为上述酸基,可列举出例如羧酸基、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,特别优选键合于芳香环的羧酸。
作为上述酸基,可以使用它们中的单独1种或将2种以上组合使用。
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,能够更为可靠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的酸基的平均含量算出。此外,通过改变含有构成特定树脂的酸基的单体单元的含量,可获得具有所期望的酸值的树脂。
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)。对于这样的具有其他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别限定,但可列举出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、含有具有反应性的基团的结构单元等。
作为上述碱性基团,可列举出例如伯氨基、仲氨基、叔氨基、包含N原子的杂环、酰胺基等。特别优选为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,可以使用它们中的单独1种或将2种以上组合使用。
特定树脂也可以含有或不含有具有碱性基团的结构单元(重复单元),但在含有的情况下,具有碱性基团的结构单元的含量相对于特定树脂的总质量为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、具有反应性的基团,可列举出例如乙酰乙酰氧基、三烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、酸酐残基、酰氯残基等。特别优选为对金属氧化物粒子的吸附力良好、且分散性·分散稳定性高的乙酰乙酰氧基。作为上述配位性基团、具有反应性的基团,可以使用它们中的单独1种或将2种以上组合使用。
特定树脂也可以含有或不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),但在含有的情况下,具有配位性基团或具反应性的基团的结构单元的含量相对于特定树脂的总质量为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。
此外,作为与上述具有接枝链的结构单元及上述具有酸基的结构单元不同的具有可与金属氧化物粒子形成相互作用的官能团的结构单元,特定树脂也可以具有由下述式(i)~(iii)中的任一者所表示的单体得到的重复单元中的至少1种。
[化学式5]
上述式(i)~(iii)中,R1、R2、及R3分别独立地表示氢原子、卤素原子(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更优选为氢原子、或碳原子数为1~3的烷基,特别优选为氢原子或甲基。R2、及R3特别优选为氢原子。
X表示氧原子(-O-)或亚氨基(-NH-),优选为氧原子。
L为单键或2价的连结基团。作为2价的连结基团,可列举出2价的脂肪族基(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价的芳香族基(例如亚芳基、取代亚芳基)、2价的杂环基及它们与氧原子(-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价的脂肪族基也可以具有环状结构或支链结构。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。
相比于不饱和脂肪族基,脂肪族基优选为饱和脂肪族基。此外,脂肪族基也可以具有取代基。取代基的例子可列举出卤素原子、羟基、芳香族基及杂环基。
上述2价的芳香族基的碳原子数优选为6~20,进一步优选为6~15,特别优选为6~10。此外,上述芳香族基也可以具有取代基。取代基的例子可列举出卤素原子、羟基、脂肪族基、芳香族基及杂环基。
上述2价的杂环基优选具有5元环或6元环作为杂环。杂环上也可以缩合其他杂环、脂肪族环或芳香族环。此外,杂环基也可以具有取代基。作为取代基的例子,可列举出卤素原子、羟基、桥氧基(=O)、硫基(=S)、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、亚烷基或包含氧亚烷基结构的2价的连结基团。氧亚烷基结构更优选为环氧乙烷结构或环氧丙烷结构。此外,L还包括重复含有2个以上氧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。此外,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、卤素原子(例如氟、氯、溴等)、碳原子数为1~6的烷基(例如甲基、乙基、丙基等)、Z、或-L-Z。其中,L及Z与上述含义相同。作为R4、R5、及R6,优选为氢原子、或碳原子数为1~3的烷基,更优选为氢原子。
作为上述式(i)所表示的单体,优选R1、R2、及R3为氢原子或甲基、L为亚烷基或包含氧亚烷基结构的2价的连结基团、X为氧原子或亚氨基、Z为羧酸基的化合物。
此外,作为上述式(ii)所表示的单体,优选R1为氢原子或甲基、L为亚烷基、Z为羧酸基、Y为次甲基的化合物。此外,作为上述式(iii)所表示的单体,优选R4、R5、及R6为氢原子或甲基、Z为羧酸基的化合物。
作为式(i)~(iii)所表示的典型化合物的例子,可列举出甲基丙烯酸、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、丙烯酸二聚物、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-羟基苯基甲基丙烯酰胺等。
进而,出于提高诸性能的目的,在不损害本发明的效果的范围内,金属氧化物粒子的分散组合物中包含的上述特定树脂除了包含上述具有接枝链的结构单元、上述具有酸基的结构单元、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他结构单元、例如具有与用于分散物的分散介质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,可列举出例如选自(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、甲基丙烯酰胺类等中的自由基聚合性化合物。
具体而言,可列举出例如丙烯酸烷基酯(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、(具体而言,例如为丙烯酸苄酯、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-烯丙氧基乙酯、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。
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。
这些自由基聚合性化合物可以单独使用1种、或将2种以上组合使用。特定树脂也可以含有或不含有上述自由基聚合性化合物,但含有的情况下,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。特定树脂可以通过以往公知的方法合成。
作为上述特定树脂的具体例子,可列举出以下的例示化合物1~32,但本发明并不限定于它们。下述例示化合物中,一并记载于各结构单元中的数值(一并记载于主链重复单元中的数值)表示该结构单元的含量〔质量%:记载为(wt%)〕。一并记载于侧链的重复部位中的数值表示该重复部位的重复数。
[化学式6]
[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]
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、或将2种以上组合使用。
从分散性、分散稳定性的观点出发,特定树脂相对于分散组合物(I)的全部固体成分的含量优选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。
-其他分散树脂-
出于调整金属氧化物粒子的分散性等的目的,分散组合物(I)中也可以含有上述特定树脂以外的分散树脂(以下有时也称为“其他分散树脂”)。
作为可使用的其他分散树脂,可列举出高分子分散剂〔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)丙烯酸系共聚物、萘磺酸福尔马林缩合物〕、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。
其他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。
作为其他分散树脂的具体例子,可列举出BYK Chemie公司制“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“EFKA4047、4050、4010、4165(聚氨酯系)、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“Ajisper PB821、PB822”、共荣社化学公司制“Florene TG-710(氨基甲酸酯低聚物)”、“Polyflow No.50E、No.300(丙烯酸系共聚物)”、楠本化成公司制“Disparlon KS-860、873 SN、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“Demol RN、N(萘磺酸福尔马林缩聚物)、MS、C、SN-B(芳香族磺酸福尔马林缩聚物)”、“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“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“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。
这些其他树脂可以单独使用,也可以将2种以上组合使用。
分散组合物(I)可以含有或不含有其他分散树脂,但含有的情况下,其他分散树脂相对于分散组合物(I)的全部固体成分的含量优选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,但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,有丙酮、甲乙酮、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%。
本实施方式的分散性组合物(I)优选通过含有聚合性化合物(D)和聚合引发剂、并根据需要含有其他成分而构成。
(D)聚合性化合物
(D)聚合性化合物为具有至少1个烯属不饱和双键、环氧基、氧杂环丁烷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个以上聚合性基团的化合物中选择。这样的化合物在该技术领域中已被广泛公知,本发明中可以无特别限定地使用它们。
它们具有例如单体、预聚物、即2聚物、3聚物等多聚物及低聚物、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,可列举出不饱和羧酸(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胺化合物形成的酰胺类。此外,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的加成反应物、及与单官能或多官能的羧酸形成的脱水缩合反应物等。此外,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、硫醇类的加成反应物;进而具有卤代基、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、硫醇类的置换反应物也是适宜的。此外,作为其他例子,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。作为这些具体的化合物,在本发明中还可适宜地使用日本特开2009-288705号公报的段落号0095~段落号0108中记载的化合物。
聚合性化合物的第一优选的形态为包含具有至少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)(以下有时也将聚合性单体和聚合性低聚物统称为“聚合性单体等”。)的方式。
此外,上述聚合性单体等还优选为具有至少1个可加成聚合的亚乙基的、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,可列举出聚乙二醇单(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、己烷二醇(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、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、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的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯及它们的混合物。
还可列举出使多官能羧酸与(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。
此外,作为其他优选的聚合性单体等,还可以使用日本特开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、Cardo聚合物。
此外,作为在常压下具有100℃以上的沸点且具有至少一个可加成聚合的烯属不饱和基团的化合物,日本特开2008-292970号公报的段落号[0254]~[0257]中记载的化合物也是适宜的。
此外,在日本特开平10-62986号公报中作为式(1)及(2)与其具体例子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。
聚合性单体进一步优选为下述式(MO-1)~(MO-6)所表示的聚合性单体。
[化学式15]
(式中,n分别为0~14,m分别为1~8。一分子内多个存在的R、T及Z分别可以相同,也可以不同。T为氧亚烷基的情况下,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16]
更优选为
[化学式17]
作为上述式(MO-1)~(MO-6)所表示的自由基聚合性单体的具体例子,在本发明中也可以适宜使用日本特开2007-269779号公报的段落号0248~段落号0251中记载的化合物。
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,KAYARADD-330;日本化药株式会社制)、二季戊四醇四丙烯酸酯(作为市售品,KAYARADD-320;日本化药株式会社制)二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯(作为市售品,KAYARADD-310;日本化药株式会社制)、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯(作为市售品,KAYARADDPHA;日本化药株式会社制)、及它们的(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,M-460;东亚合成制)。也可以使用它们的低聚物型。
例如,可列举出RP-1040(日本化药株式会社制)等。
作为聚合性单体等,还可以是多官能单体、且具有羧基、磺酸基、磷酸基等酸基。因此,若烯属化合物如上所述为混合物的情况这样具有未反应的羧基,则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子,可列举出四氢邻苯二甲酸酐、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。
作为具有酸基的单体,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的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/或二季戊四醇的酯。作为市售品,可列举出例如东亚合成株式会社制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的酸值,为0.1~40mg-KOH/g,特别优选为5~30mg-KOH/g。将2种以上不同的酸基的多官能单体并用的情况下,或是将不具有酸基的多官能单体并用的情况下,必须在制备时使得作为整体的多官能单体的酸值落入上述范围。
此外,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别限定,可列举出例如通过将三羟甲基乙烷、二(三羟甲基)乙烷、三羟甲基丙烷、二(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)所表示的具有己内酯改性结构的多官能性单体。
[化学式18]
(式中,6个R全部为下述式(2)所表示的基团、或6个R中的1~5个为下述式(2)所表示的基团,剩余的R为下述式(3)所表示的基团。)
[化学式19]
(式中,R1表示氢原子或甲基,m表示1或2的数,“*”表示键合点。)
[化学式20]
(式中,R1表示氢原子或甲基,“*”表示键合点。)
这样的具有己内酯改性结构的多官能性单体可列举出例如由日本化药(株)作为KAYARADDPCA系列而市售的DPCA-20(上述式(1)~(3)中的m=1、式(2)所表示的基团数=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)所表示的基团数=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)所表示的基团数=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)所表示的基团数=6、R1全部为氢原子的化合物)等。
具有己内酯改性结构的多官能性单体可以单独使用或将2种以上混合使用。
此外,作为聚合性单体等,还优选为选自下述式(i)或(ii)所表示的化合物组中的至少1种。
[化学式21]
上述式(i)及(ii)中,E各自独立地表示-((CH2)yCH2O)-、或-((CH2)yCH(CH3)O)-,y各自独立地表示0~10的整数,X各自独立地表示丙烯酰基、甲基丙烯酰基、氢原子、或羧基。
上述式(i)中,丙烯酰基及甲基丙烯酰基的总计为3个或4个,m各自独立地表示0~10的整数,各m的总计为0~40的整数。其中,各m的总计为0的情况下,X中的任1个为羧基。
上述式(ii)中,丙烯酰基及甲基丙烯酰基的总计为5个或6个,n各自独立地表示0~10的整数,各n的总计为0~60的整数。其中,各n的总计为0的情况下,X中的任1个为羧基。
上述式(i)中,m优选为0~6的整数,更优选为0~4的整数。此外,各m的总计优选为2~40的整数,更优选为2~16的整数,特别优选为4~8的整数。
上述式(ii)中,n优选为0~6的整数,更优选为0~4的整数。此外,各n的总计优选为3~60的整数,更优选为3~24的整数,特别优选为6~12的整数。
此外,式(i)或式(ii)中的-((CH2)yCH2O)-或-((CH2)yCH(CH3)O)-优选氧原子侧的末端与X键合的形态。
上述式(i)或(ii)所表示的化合物可以单独使用1种,也可以将2种以上并用。特别是在式(ii)中,优选6个X全部为丙烯酰基的形态。
上述式(i)或(ii)所表示的化合物中,更优选季戊四醇衍生物和/或二季戊四醇衍生物。
具体而言,可列举出下述式(a)~(f)所表示的化合物(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22]
(各n的总计为6)
(各n的总计为12)
(各n的总计为12)
[化学式23]
(各n的总计为6)
作为式(i)、(ii)所表示的聚合性单体等的市售品,可列举出例如Sartomer公司制的作为具有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。
此外,作为聚合性单体等,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号记载的具有环氧乙烷系骨架的氨基甲酸酯化合物类也是适宜的。进而,作为聚合性单体等,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,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,可列举出氨基甲酸酯低聚物UAS-10、UAB-140(SanyoKokusaku Pulp公司制)、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(共荣社制)等。
作为聚合性单体等,同一分子内具有2个以上巯基(SH)基的多官能硫醇化合物也是适宜的。特别优选下述式(I)所表示的化合物。
[化学式24]
(式中,R1表示烷基,R2表示可以包含碳以外的原子的n价的脂肪族基,R0表示不是H的烷基,n表示2~4。)
若具体地例示出上述式(I)所表示的多官能硫醇化合物,则可列举出具有下述结构式的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种或将多种组合使用。
[化学式25]
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烷基的聚合性单体或低聚物。
<<C:具有环氧基或氧杂环丁烷基的化合物>>
本发明的第三优选的方式可使用具有环氧基或氧杂环丁烷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烷基的化合物,具体而言,有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,可列举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、线型酚醛清漆型环氧树脂、甲酚线型酚醛型环氧树脂、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。
作为市售品,例如,作为双酚A型环氧树脂,为JER827、JER828、JER834、JER1001、JER1002、JER1003、JER1055、JER1007、JER1009、JER1010(以上由Japan Epoxy Resins(株)制)、EPICLON860、EPICLON1050、EPICLON1051、EPICLON1055(以上由DIC(株)制)等,作为双酚F型环氧树脂,为JER806、JER807、JER4004、JER4005、JER4007、JER4010(以上由JapanEpoxy Resins(株)制)、EPICLON830、EPICLON835(以上由DIC(株)制)、LCE-21、RE-602S(以上由日本化药(株)制)等,作为线型酚醛清漆型环氧树脂,为JER152、JER154、JER157S70、JER157S65、(以上由Japan Epoxy Resins(株)制)、EPICLON N-740、EPICLON N-740、EPICLON N-770、EPICLON N-775(以上由DIC(株)制)等,作为甲酚线型酚醛型环氧树脂,为EPICLON N-660、EPICLON N-665、EPICLON N-670、EPICLON N-673、EPICLON N-680、EPICLONN-690、EPICLON N-695(以上由DIC(株)制)、EOCN-1020(以上由日本化药(株)制)等,作为脂肪族环氧树脂,为ADEKA RESIN EP-4080S、ADEKA RESIN EP-4085S、ADEKA RESIN EP-4088S(以上由(株)ADEKA制)、Celloxide2021P、Celloxide2081、Celloxide2083、Celloxide2085、EHPE3150、EPOLEAD PB3600、EPOLEAD PB4700(以上由Daicel Chemical Industries,Ltd.制)、Denacol EX-212L、EX-214L、EX-216L、EX-321L、EX-850L(以上由NagasechemiteX(株)制)等。此外,还可列举出ADEKA RESIN EP-4000S、ADEKA RESIN EP-4003S、ADEKA RESINEP-4010S、ADEKA RESIN EP-4011S(以上由(株)ADEKA制)、NC-2000、NC-3000、NC-7300、XD-1000、EPPN-501、EPPN-502(以上由(株)ADEKA制)、JER1031S(Japan Epoxy Resins(株)制)等。
作为侧链具有氧杂环丁烷基的聚合物、及上述分子内具有2个以上的氧杂环丁烷基的聚合性单体或低聚物的具体例子,可使用ARONE OXETANE OXT-121、OXT-221、OX-SQ、PNOX(以上由东亚合成(株)制)。
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,在有机溶剂中以反应温度为50~150℃反应数小时~数十小时来进行。对于脂环式环氧基不饱和化合物的导入量,优选进行控制使得所得到的聚合物的酸值满足5~200KOH·mg/g的范围。此外,分子量以重量平均计为500~5000000,进一步优选为1000~500000的范围。
作为环氧不饱和化合物,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,可例示出例如以下的化合物。
[化学式26]
此外,作为脂肪族多胺化合物与不饱和羧酸形成的酰胺的单体的具体例子,有亚甲基双丙烯酰胺、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、二乙烯三胺三丙烯酰胺、苯二甲基双丙烯酰胺、苯二甲基双甲基丙烯酰胺等。
作为其他优选的酰胺系单体的例子,可列举出日本特公昭54-21726号公报中记载的具有亚环己基结构的单体。
此外,利用异氰酸酯与羟基的加成反应制造的氨基甲酸酯系加聚性化合物也是适宜的,作为这样的具体例子,可列举出例如日本特公昭48-41708号公报中记载的在1分子中具有2个以上的异氰酸酯基的聚异氰酸酯化合物上加成下述式(V)所表示的具有羟基的乙烯基单体而成的1分子中含有2个以上的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)
此外,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系骨架的氨基甲酸酯化合物类也是适宜的。进而,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。
作为其他例子,可列举出日本特开昭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。此外,还可列举出日本特公昭46-43946号公报、日本特公平1-40337号公报、日本特公平1-40336号公报记载的特定的不饱和化合物、日本特开平2-25493号公报记载的乙烯基膦酸系化合物等。此外,在某些情况下,适宜使用日本特开昭61-22048号公报记载的含有全氟烷基的结构。进而,还可以使用日本接着协会志vol.20、No.7、第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、是单独使用还是并用、添加量等使用方法的详细情况可以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。
从灵敏度的方面考虑,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。此外,为了提高固化膜的强度,可以是3官能以上的结构,进而,通过将不同的官能数·不同的聚合性基(例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯系化合物、乙烯基醚系化合物、环氧系化合物、氧杂环丁烷系化合物)的化合物并用而对灵敏度和强度这两者进行调节的方法也是有效的。
此外,对于与固化性组合物中含有的其他成分(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,有时可以通过使用低纯度化合物、或并用2种以上其他成分来提高相容性。此外,有时也可以出于提高与基板等硬质表面的粘附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。
若为该范围内,则不会降低折射率而固化性良好,优选。
(E)聚合引发剂
(E)聚合引发剂是引发、促进(D)聚合性化合物的聚合的化合物,优选为其直到45℃为止稳定、但高温加热时的聚合引发能力良好。
此外,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。
此外,聚合引发剂可以单独使用、或将2种以上并用使用。
作为(E)聚合引发剂,可列举出例如有机卤化物、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。
作为它们的具体例子,可以参考日本特开2010-106268号公报段落[0135](对应的美国专利申请公开第2011/0124824号说明书的[0163])以后的记载,它们的内容被纳入本申请说明书中。
作为聚合引发剂,还可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氧化膦系引发剂。
作为羟基苯乙酮系引发剂,可以使用IRGACURE-184、DAROCUR-1173、IRGACURE-500、IRGACURE-2959、IRGACURE-127(商品名:均由BASF公司制)。
作为氨基苯乙酮系引发剂,可以使用作为市售品的IRGACURE-907、IRGACURE-369、及IRGACURE-379(商品名:均由BASF公司制)。作为氨基苯乙酮系引发剂,还可使用吸收波长与365nm或405nm等长波光源匹配的日本特开2009-191179公报中记载的化合物。
此外,作为酰基膦系引发剂,可以使用作为市售品的IRGACURE-819、DAROCUR4265、DAROCUR-TPO(商品名:均由BASF公司制)。
作为(E)聚合引发剂,从固化性、经时稳定性、后加热时不易引起着色的观点出发,优选肟化合物。
作为肟化合物,可列举出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 of Applied 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。
此外,作为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系化合物、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处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号公报记载的化合物等。
进而,还可适宜使用日本特开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。环状肟化合物中,从具有高的光吸收性且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号公报中记载的稠环于咔唑色素上的环状肟化合物。
此外,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,由于能够通过由聚合不活泼自由基再生活性自由基而达成高灵敏度化,因此也适宜使用。
除此以外,还可列举出日本特开2007-269779号公报中所示的具有特定取代基的肟化合物、日本特开2009-191061号公报中所示的具有硫芳基的肟化合物。
作为成为聚合引发剂的肟化合物,优选下述式OX所表示的化合物。
[化学式27]
式(OX)中,R及B与后述式(OX-1)含义相同。A1优选为式(OX-1)的-A-C或烷基。烷基的碳原子数优选为1~12,更优选为1~6。
[化学式28]
·C
C表示SAr或COAr。
·R
R表示一价的取代基,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,可列举出烷基、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。此外,这些基团可以具有1个以上的取代基。此外,上述取代基还可以进一步被其他取代基O取代。作为取代基O,可列举出卤素原子、芳氧基、烷氧基羰基或芳氧基羰基、酰氧基、酰基、烷基、芳基等。取代基O也可以隔着任意的连结基团L(碳原子数为1~6的亚烷基、O、S、CO、NRN、或它们的组合:RN为氢原子或碳原子数为1~6的烷基)取代。
·B
B表示一价的取代基,表示烷基(优选碳原子数为1~12)、芳基(优选碳原子数为6~14、更优选碳原子数为6~10)、杂环基(优选碳原子数为2~18、更优选碳原子数为2~12)、芳基羰基(优选碳原子数为7~15、更优选碳原子数为7~11)、或杂环羰基(优选碳原子数为3~19、更优选碳原子数为3~13)。这些基团也可以隔着连结基团L键合。此外,这些基团也可以具有1个以上的取代基O。取代基O也可以隔着任意的连结基团L取代。
·A
A为单键或连结基团。作为连结基团的优选的例子,为上述连结基团L或亚芳基(优选碳原子数为6~14、更优选碳原子数为6~10)或杂环连结基团(优选芳香族杂环连结基团)(优选碳原子数为2~18、更优选碳原子数为2~12)。
·Ar
Ar为芳基或杂芳基(芳香族杂环基)。作为芳基,优选碳原子数为6~14、更优选碳原子数为6~10,优选苯基、萘基。作为杂芳基,优选碳原子数为2~18、更优选碳原子数为2~12,优选N位上也可以具有烷基等取代基的咔唑基。
作为肟引发剂,可以参考日本特开2012-208494号公报段落0513(对应的美国专利申请公开第2012/235099号说明书的[0632])以后的式(OX-1)、(OX-2)或(OX-3)所表示的化合物的说明,它们的内容被纳入本申请说明书中。
以下示出以下适宜使用的肟化合物的具体例(PIox-1)~(PIox-13)子,但本发明并不限定于它们。
[化学式29]
肟化合物通过热而分解并具有作为引发、促进聚合的热聚合引发剂的功能。特别是式(a)所表示的肟化合物在后加热中的着色少,固化性也良好。
此外,肟化合物优选在350nm~500nm的波长区域具有最大吸收波长,更优选在360nm~480nm的波长区域具有吸收波长,特别优选在365nm及455nm的吸光度高的化合物。
从灵敏度的观点出发,肟化合物在365nm或405nm下的摩尔吸光系数优选为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,但具体而言,优选例如利用紫外可见分光光度计(Varian公司制Carry-5spectrophotometer),使用乙酸乙酯溶剂,在0.01g/L的浓度下进行测定。
此外,作为肟化合物,还适宜使用IRGACURE OXE01、及IRGACURE OXE02等市售品(均由BASF公司制)。
作为(E)聚合引发剂,从固化性的观点出发,优选选自由三卤甲基三嗪系化合物、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、酰基膦系化合物、氧化膦系化合物、茂金属化合物、肟系化合物、三烯丙基咪唑二聚物、鎓系化合物、苯并噻唑系化合物、二苯甲酮系化合物、苯乙酮系化合物及其衍生物、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组成的组中的化合物。
(E)聚合引发剂的浓度(2种以上的情况下为总浓度)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。在该范围内可得到良好的固化性。
进而,根据需要也可以进一步含有以下详细叙述的任意成分。
[阻聚剂]
为了阻止在制造中或保存中具有可聚合的烯属不饱和双键的化合物的不需要的聚合,优选添加阻聚剂。
作为阻聚剂,可列举出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、重氮鎓化合物类、及阳离子染料类、含有硫醚基的化合物类、含有硝基的化合物类、FeCl3、CuCl2等过渡金属化合物类。作为阻聚剂,具体而言,可以参考日本特开2010-106268号公报段落0260~0280(对应的美国专利申请公开第2011/0124824号说明书的[0284]~[0296])的说明,它们的内容被纳入本申请说明书中。
作为阻聚剂的优选的添加量,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,特别优选在0.05质量份以上且5质量份以下的范围。
通过设为上述范围,非图像部中的固化反应抑制及图像部中的固化反应促进充分进行,图像形成性及灵敏度变得良好。
[粘合剂聚合物]
本实施方式的分散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,优选使用线状有机聚合物。作为这样的线状有机聚合物,可以任意地使用公知的线状有机聚合物。为了优选能够进行水显影或弱碱水显影,选择在水或弱碱水中为可溶性或溶胀性的线状有机聚合物。线状有机聚合物不仅作为皮膜形成剂,还可以作为水、弱碱水或有机溶剂显影剂根据用途选择使用。例如,若使用水可溶性有机聚合物,则能够进行水显影。作为这样的线状有机聚合物,可列举出侧链具有羧酸基的自由基聚合物、例如日本特开昭59-44615号公报、日本特公昭54-34327号公报、日本特公昭58-12577号公报、日本特公昭54-25957号公报、日本特开昭54-92723号公报公报、日本特开昭59-53836号公报、日本特开昭59-71048号公报中记载的聚合物,即,使具有羧基的单体均聚或共聚而得到的树脂、使具有酸酐的单体均聚或共聚并将酸酐单元水解或半酯化或半酰胺化而得到的树脂、将环氧树脂用不饱和单羧酸及酸酐改性而得到的环氧丙烯酸酯等。作为具有羧基的单体,可列举出丙烯酸、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,可列举出马来酸酐等。
此外,同样有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单体以外的其他单体。作为其他单体的例子,可列举出下述(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-烯丙氧基乙酯、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系单体。可列举出例如日本特开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使以下述式(ED)所表示的化合物(以下有时也称为“醚二聚物”。)作为必须成分的单体成分聚合而成的重复单元。
[化学式30]
(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为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。作为示出上述醚二聚物的上述式(ED)中R1及R2所表示的可以具有取代基的碳原子数为1~25的烃基,没有特别限制,但可列举出例如直链状或支链状的烷基;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;被烷氧基取代的烷基;被苄基等芳基取代的烷基等。它们中,从耐热性的方面考虑,特别优选甲基、乙基、环己基、苄基等那样的不易因酸、热而离去的伯碳或仲碳取代基。
作为醚二聚物的具体例子,可列举出日本特开2012-208494号的段落[0565](对应的美国专利申请公开第2012/235099号说明书的[0694])中记载的醚二聚物的具体例子,它们的内容被纳入本申请说明书中。
作为醚二聚物的具体例子,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。这些醚二聚物可以仅使用1种,也可以使用2种以上。此外,来自上述式(ED)所示的化合物的结构体也可以共聚其他单体。
作为能够与醚二聚物共同共聚的其他单体,可列举出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、及除了这些以外的其他可共聚的单体。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,可列举出例如(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。它们中,特别优选(甲基)丙烯酸。
此外,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,可列举出例如(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。使用用于导入自由基聚合性双键的单体的情况下、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,可列举出例如下述处理。使用具有羟基的单体的情况下,可列举出例如加成琥珀酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、马来酸酐等酸酐的处理。使用具有环氧基的单体的情况下,可列举出例如加成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、或在加成例如(甲基)丙烯酸那样的酸后使所产生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。使用具有异氰酸酯基的单体的情况下,可列举出例如加成2-羟基丁酸等具有羟基和酸基的化合物的处理。
在使包含式(ED)所表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,其含有比例没有特别限制,但在全部单体成分中,优选为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,可列举出例如(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(或间、或对)乙烯基苄基缩水甘油醚等具有环氧基的单体等。使用用于导入自由基聚合性双键的单体的情况下,需要在聚合后进行用于赋予自由基聚合性双键的处理。在聚合后用于赋予自由基聚合性双键的处理根据使用的能够赋予自由基聚合性双键的单体的种类而异,可列举出例如下述处理。使用(甲基)丙烯酸、衣康酸等具有羧基的单体的情况下,可列举出加成(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(或间、或对)乙烯基苄基缩水甘油醚等具有环氧基和自由基聚合性双键的化合物的处理。使用马来酸酐、衣康酸酐等具有羧酸酐基的单体的情况下,可列举出加成(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的处理。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(或间、或对)乙烯基苄基缩水甘油醚等具有环氧基的单体的情况下,可列举出加成(甲基)丙烯酸等具有酸基和自由基聚合性双键的化合物的处理。
在使包含式(ED)所表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,其含有比例没有特别限制,在全部单体成分中,优选为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,可列举出例如(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(或间、或对)乙烯基苄基缩水甘油醚等。
在使包含式(ED)所表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,其含有比例没有特别限制,在全部单体成分中,优选为5~70质量%,更优选为10~60质量%。
作为其他可共聚的单体,可列举出例如(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。它们中,从透明性良好、不易损害耐热性的观点出发,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。
在使包含式(ED)所表示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物包含其他可共聚的单体的情况下,其含有比例没有特别限制,但优选为95质量%以下,更优选为85质量%以下。
使包含式(ED)所表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别限制,但从着色感放射线性组合物的粘度、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。
此外,在使包含式(ED)所表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较佳。
使包含式(ED)所表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物为必须成分的上述的单体进行聚合而容易地获得。此时,醚二聚物的环化反应与聚合同时进行,从而形成四氢吡喃环结构。
作为合成使包含式(ED)所表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,没有特别限制,可以采用以往公知的各种聚合方法,特别优选利用溶液聚合法。详细而言,例如可以根据日本特开204-300204号公报中记载的聚合物(a)的合成方法来合成使包含式(ED)所表示的化合物的单体成分聚合而成的聚合物。
以下,示出使包含式(ED)所表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它们。下述所示的例示化合物的组成比为摩尔%。
[化学式31]
[化学式32]
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DM∶BzMA∶MMA∶MAA∶GMA的摩尔比为5~15∶40~50∶5~15∶5~15∶20~30。优选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。此外,所述聚合物的重均分子量优选为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,进一步优选为5000~5×104。
它们中,侧链具有烯丙基、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,膜强度、灵敏度、显影性的平衡优异,是适宜的。作为上述聚合物的例子,可列举出Dianal NR系列(MitsubishiRayon株式会社制)、Photomer6173(含有COOH的polyurethane acrylic oligomer.DiamondShamrock Co.Ltd.,制)、Viscoat R-264、KS RESIST106(均由大阪有机化学工业株式会社制)、Cyclomer P ACA230AA等Cyclomer P系列、Placcel CF200系列(均由Daicel ChemicalIndustries,Ltd.制)、Ebecry13800(Daicel-UCB株式会社制)等。
此外,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系粘合剂聚合物、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系粘合剂聚合物由于强度非常优异,所以在膜强度的方面是有利的。
此外,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基醇系粘合剂聚合物的膜强度也优异,是适宜的。
进而,作为其他的水溶性线状有机聚合物,聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧乙烯等是有用的。此外,为了提高固化皮膜的强度,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,对于数均分子量,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一种。
粘合剂聚合物的浓度相对于全部固体成分优选为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]
本实施方式的分散组合物(I)也可以添加各种表面活性剂。作为表面活性剂,可以使用氟系表面活性剂、非离子系表面活性剂、阳离子系表面活性剂、阴离子系表面活性剂、有机硅系表面活性剂等各种表面活性剂。特别优选使用氟系表面活性剂。作为表面活性剂的具体例子,可使用与低折射率膜形成用树脂组合物中说明的表面活性剂相同的表面活性剂,可以仅使用1种,也可以将2种以上组合。氟系表面活性剂中的氟含有率优选为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%。氟含有率为该范围内的氟系表面活性剂在涂布膜的厚度均匀性、省液性的方面是有效的,溶解性也良好。
分散组合物中的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%。
[其他添加剂]
进而,对于分散组合物,也可以添加增塑剂、感脂化剂等公知的添加剂。
作为增塑剂,有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,在使用粘合剂聚合物的情况下,相对于聚合性化合物与粘合剂聚合物的总质量可以添加10质量%以下。
[紫外线吸收剂]
本实施方式的分散组合物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系化合物的下述式(I)所表示的化合物。
[化学式33]
上述式(I)中,R1及R2各自独立地表示氢原子、碳原子数为1~20的烷基、或碳原子数为6~20的芳基,R1与R2可以彼此相同也可以互不相同,但不同时表示氢原子。上述式(I)中,R3及R4表示吸电子基。这里,吸电子基是哈米特的取代基常数σp值(以下简称为“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。
上述式(I)所示的紫外线吸收剂的取代基的说明可以参考WO2009/123109号公报段落0024~0033(对应的美国专利申请公开第2011/0039195号说明书的[0040]~[0057])的记载,它们的内容被纳入本申请说明书中。上述式(I)所表示的化合物的优选的具体例子可以参考WO2009/123109号公报段落0034~0039(对应的美国专利申请公开第2011/0039195号说明书的[0060])的例示化合物(1)~(14)的记载,它们的内容被纳入本申请说明书中。
本实施方式的分散组合物(I)中的紫外线吸收剂的浓度相对于全部固体成分优选为0.1质量%~10质量%,更优选为0.1质量%~5质量%,特别优选为0.1质量%~3质量%。
<分散组合物II>
作为包含高折射率材料的组合物,也可以是以下说明的分散组合物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)和溶剂(C)的分散组合物。这里,特定分散树脂(B)以外的其他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的至少一者包含氮原子的低聚亚胺系分散剂。作为低聚亚胺系分散剂,优选具有含有包含pKa14以下的官能团的部分结构X的重复单元和包含原子数为40~10,000的侧链Y的侧链、且主链及侧链的至少一者具有碱性氮原子的分散树脂(以下适当称为“特定分散树脂(B)”。)。这里,碱性氮原子优选为呈碱性的氮原子,没有特别限制。
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优选为pKb14以下的具有氮原子的结构部,更优选含有pKb10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,是用于定量地表示碱的强度的指标之一,与碱性度常数含义相同。碱强度pKb和后述的酸强度pKa成pKb=14-pKa的关系。另外,在部分结构X与部分结构W成对而形成盐结构时,设想分别发生了解离的结构,并作为其上离子键合有质子(H+)或氢氧化物离子(OH-)的化合物来评价其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,其优选的范围的详细情况与后述的部分结构X含义相同。此外,对于上述侧链Y,其优选的范围的详细情况也同样与后述的侧链Y含义相同。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。
特定分散树脂(B)特别优选为具有下述重复单元(i)和下述侧链(ii)的分散树脂(以下适当称为“特定分散树脂(B1)”),所述重复单元(i)是选自(i)聚(低级亚烷基亚胺)系重复单元、聚烯丙基胺系重复单元、聚二烯丙基胺系重复单元、间二甲苯二胺-表氯醇缩聚物系重复单元、及聚乙烯基胺系重复单元中的至少1种具有碱性氮原子的重复单元,并且该重复单元具有键合于上述碱性氮原子上且具有pKa为14以下的官能团的部分结构X,所述侧链(ii)包含原子数为40~10,000的侧链Y。
特定分散树脂(B1)具有上述重复单元(i)。由此,分散树脂对粒子表面的吸附力提高,且能够减弱粒子间的相互作用。聚(低级亚烷基亚胺)可以为链状,也可以为网络状。这里,所谓低级亚烷基亚胺是指包含碳原子数为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中的主链部。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,特别优选为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)所表示的重复单元及式(I-2)所表示的重复单元、或式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2a)所表示的重复单元的分散树脂。
[化学式35]
R1及R2各自独立地表示氢原子、卤素原子或烷基(优选碳原子数为1~6)。a分别独立地表示1~5的整数。*表示重复单元间的连结部。
R8及R9为与R1含义相同的基团。
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、或它们组合而成的连结基团。其中,优选为单键或-CR5R6-NR7-(亚氨基成为X或Y)。其中,R5R6各自独立地表示氢原子、卤素原子、烷基(优选碳原子数为1~6)。R7为氢原子或碳原子数为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为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,该结构部位也可以进一步具有烷基等取代基。
X表示具有pKa为14以下的官能团的基团。
Y表示原子数为40~10,000的侧链。
优选特定分散树脂(B1)进一步具有式(I-3)、式(I-4)、或式(I-5)所表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,可以进一步提高分散性能。
[化学式361
R1、R2、R8、R9、L、La、及a与式(I-1)、(I-2)、(I-2a)中的规定含义相同。
Ya表示具有阴离子基的原子数为40~10,000的侧链。式(I-3)所表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而形成。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。从原料获取的观点出发,优选a为2。
特定分散树脂(B1)也可以进一步包含含有伯氨基或叔氨基的低级亚烷基亚胺作为重复单元。另外,这样的低级亚烷基亚胺重复单元中的氮原子上还可以进一步键合上述X、Y或Ya所示的基团。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在特定分散树脂(B1)中。
从保存稳定性·显影性的观点出发,优选在特定分散树脂(B1)中所含的全部重复单元中含有1~80摩尔%的式(I-1)所表示的重复单元,特别优选含有3~50摩尔%。从保存稳定性的观点出发,优选在特定分散树脂(B1)中所含的全部重复单元中含有10~90摩尔%的式(I-2)所表示的重复单元,特别优选含有30~70摩尔%。从分散稳定性及亲疏水性的平衡的观点出发,优选重复单元(I-1)及重复单元(I-2)的含有比((I-1)∶(I-2)〕以摩尔比计为10∶1~1∶100的范围,更优选为1∶1~1∶10的范围。从效果的观点出发,优选在特定分散树脂(B1)中所含的全部重复单元中含有0.5~20摩尔%的根据期望并用的式(I-3)所表示的重复单元,特别优选含有1~10摩尔%。另外,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。
另外,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)所表示的重复单元也含义相同,包含两者时,是指其总量。
·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。这里所谓“pKa”是化学便览(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。“pKa14以下的官能团”优选物性满足该条件的官能团,其结构等没有特别限定,可列举出在公知的官能团中pKa满足上述范围的官能团,特别优选pKa为12以下的官能团,特别优选pKa为11以下的官能团。下限值没有特别限定,但实际为-5以上。作为部分结构X,具体而言,可列举出例如羧酸基(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,可达成与高折射粒子的相互作用。优选部分结构X直接键合于上述具有碱性氮原子的重复单元中的碱性氮原子上。部分结构X不仅可以形成共价键而形成盐的形式进行连结,也可以形成离子键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)所表示的结构。
[化学式37]
U表示单键或2价的连结基团。
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所表示的2价的连结基团,可列举出例如亚烷基(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、亚烷基氧基等,但特别优选为碳原子数为1~30的亚烷基或碳原子数为6~20的亚芳基,特别优选为碳原子数为1~20的亚烷基或碳原子数为6~15的亚芳基。
此外,从生产率的观点出发,优选d为1,此外,优选e为0。
Q表示酰基或烷氧基羰基。作为Q中的酰基,优选碳原子数为1~30的酰基,特别优选为乙酰基。作为Q中的烷氧基羰基,Q特别优选为酰基,从制造的容易性、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中的该碱性氮原子键合。由此,二氧化钛粒子的分散性·分散稳定性飞跃性地提高。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,并由此有助于分散稳定性。进而,部分结构X由于包含pKa14以下的官能团,因此还可作为碱可溶性基而发挥功能。可以认为,由此显影性提高并能够实现分散性·分散稳定性·显影性的兼顾。
部分结构X中的pKa14以下的官能团的浓度没有特别限制,但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。此外,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左右从显影性的观点出发是优选的。
·侧链Y
作为Y,可列举出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中的与特定分散树脂(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)系重复单元、聚烯丙基胺系重复单元、聚二烯丙基胺系重复单元、间二甲苯二胺-表氯醇缩聚物系重复单元、及聚乙烯基胺系重复单元中的至少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)系重复单元、聚烯丙基胺系重复单元、聚二烯丙基胺系重复单元、间二甲苯二胺-表氯醇缩聚物系重复单元、及聚乙烯基胺系重复单元中的至少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。
优选Y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。
此外,Y的数均分子量可以通过基于GPC法的聚苯乙烯换算值来测定。此时,实际是在将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,特别优选为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。
Y所示的侧链结构优选相对于主链在1分子树脂中连结有2个以上,特别优选连结5个以上。
特别优选Y具有式(III-1)所表示的结构。
[化学式38]
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,表示从具有HO-CO-Z所示的游离羧酸的聚酯除去羟基后的残基。特定分散树脂(B1)含有式(I-3)~(I-5)所表示的重复单元的情况下,优选Ya为式(III-2)。
[化学式39]
式(III-2)中,Z与式(III-1)中的Z含义相同。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价的有机基团。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,可列举出碳原子数为6~24的芳基、碳原子数为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、或它们组合而成的连结基团。其中,优选为亚烷基(优选碳原子数为1~6)、醚基、羰基、或它们组合而成的连结基团。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(优选碳原子数为1~6)、酰基(优选碳原子数为2~6)、烷氧基(优选碳原子数为1~6)、或烷氧基羰基(优选碳原子数为2~8)。nB为5~100,000的整数。nB个LB也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及其组合来表示特定分散树脂(B)的具体形态,但本发明并不限定于此(此外,可以参考日本特开2010-6932号公报段落0075以后的记载,它们的内容被纳入本申请说明书中。)。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。在以k、l、m定义的结构、仅以k、l定义的结构中,分别是指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40]
[化学式41]
[化学式42]
[化学式43]
[化学式44]
[化学式45]
[化学式48]
[化学式49]
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v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,之后,使该树脂与X的前体x及Y的前体v反应,从而通过高分子反应而导入至主链中存在的氮原子上。该制造方法的情况情况可以参照日本特开2009-203462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,若重均分子量为上述范围内,则导入至聚合物的末端的多个上述吸附部位的效果可得到充分发挥,可发挥出对二氧化钛粒子表面的吸附性优异的性能。另外,本说明书中,只要没有特别说明,GPC是使用HLC-8020GPC(TOSOH CORPORATION制),采用TSKgel SuperHZM-H、TSKgel SuperHZ4000、TSKgel SuperHZ200(TOSOH CORPORATION制)作为柱进行测定的。载体适当选择即可,只要能够溶解,则使用四氢呋喃。
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,或将2种以上组合使用。
本实施方式的分散组合物(II)中,特定树脂可以单独使用1种,或将2种以上组合使用。
从分散性、分散稳定性的观点出发,特定树脂相对于分散组合物(II)的全部固体成分的浓度优选为10~50质量%的范围,更优选为11~40质量%的范围,进一步优选为12~30质量%的范围。
进而,高折射率材料也可以是以下说明的分散组合物III。
<分散组合物III>
所谓分散组合物III是指含有一次粒径为1nm~100nm的金属氧化物粒子(A)、下述式(1)所表示的高分子化合物分散剂(B)和溶剂(C)的分散组合物。这里,下述式(1)所表示的高分子化合物(B)以外的其他成分与上述分散组合物I及II相同。
[化学式50]
上述式(1)中,R1表示(m+n)价的连结基团,R2表示单键或2价的连结基团。A1表示具有至少1种选自由酸基、脲基、氨基甲酸酯基、具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、酚基、烷基、芳基、具有亚烷基氧基链的基团、酰亚胺基、杂环基、烷基氧基羰基、烷基氨基羰基、羧酸盐基、磺酰胺基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基及羟基组成的组中的基团的1价的取代基。n个A1及R2分别可以相同,也可以不同。
本发明中的分散组合物中,由于高分子化合物(B)所具有的上述取代基A1能够与金属氧化物粒子(A)相互作用,所以通过使高分子化合物(B)具有n个(1~9个)的取代基A1,从而能够与金属氧化物粒子(A)牢固地相互作用。此外,高分子化合物(B)所具有的m个聚合物链P1可以作为空间排斥基团发生功能,通过具有m个而发挥良好的空间排斥力,能够使金属氧化物粒子均匀地分散。进而推测,高分子化合物(B)在分子结构上也不会产生由以往的接枝无规结构的分散剂产生的粒子间交联所导致的粒子的凝聚等弊病。
<(A)一次粒径为1nm~100nm的金属氧化物粒子>作为本发明中的金属氧化物粒子(A),可以使用与上述分散组合物I相同的金属氧化物粒子。作为分散组合物(或后述的固化性组合物)中的金属氧化物粒子的浓度,从获得高折射率的观点出发,相对于分散组合物全部固体成分优选为65质量%以上,更优选为70质量%以上。作为浓度的上限,没有特别限制,但相对于分散组合物全部固体成分优选为90质量%以下,更优选为85质量%以下。
<(B)上述式(1)所表示的高分子化合物>以下,对上述式(1)中的各基团进行详细说明。上述A1表示具有至少1种具有相对于金属氧化物粒子(A)的吸附能力的官能团、或杂环结构那样的具有相对于金属氧化物粒子(A)的吸附能力的结构的1价的取代基。
另外,以下,将该具有相对于金属氧化物粒子(A)的吸附能力的部位(上述官能团及结构)适当总称为“吸附部位”并进行说明。
在1个A1中,只要包含至少1个上述吸附部位即可,也可以包含2个以上。作为在1个A1中包含2个以上的吸附部位的方式,可列举出隔着链状饱和烃基(可以是直链状也可以是支链状,优选碳原子数为1~10)、环状饱和烃基(优选碳原子数为3~10)、芳香族基(优选碳原子数为5~10,例如亚苯基)等键合2个以上的吸附部位而形成1价的取代基A1的方式等,优选隔着链状饱和烃基键合2个以上的吸附部位而形成1价的取代基A1的方式。另外,在吸附部位自身构成1价的取代基的情况下,吸附部位本身也可以是A1所表示的1价的取代基。首先,以下对构成上述A1的吸附部位进行说明。
作为上述“酸基”,可列举出例如羧酸基、磺酸基、单硫酸酯基、磷酸基、单磷酸酯基、膦酸基、次膦酸基、硼酸基作为优选的例子,进一步优选羧酸基、磺酸基、磷酸基、膦酸基、次膦酸基,特别优选羧酸基。
作为上述“脲基”,可列举出例如-NR15CONR16R17(其中,R15、R16、及R17各自独立地表示氢原子、碳原子数为1到20的烷基、碳原子数为6以上的芳基、或碳原子数为7以上的芳烷基。)作为优选的例子,更优选-NR15CONHR17(其中,R15及R17各自独立地表示氢原子或碳原子数为1到10的烷基、碳原子数为6以上的芳基、碳原子数为7以上的芳烷基。),特别优选-NHCONHR17(其中,R17表示氢原子或碳原子数为1到10的烷基、碳原子数为6以上的芳基、碳原子数为7以上的芳烷基。)。
作为上述“氨基甲酸酯基”,可列举出例如-NHCOOR18、-NR19COOR20、-OCONHR21、-OCONR22R23(其中,R18、R19、R20、R21、R22及R23各自独立地表示碳原子数为1到20的烷基、碳原子数为6以上的芳基、碳原子数为7以上的芳烷基。)等作为优选的例子,更优选-NHCOOR18、-OCONHR21(其中,R18、R21各自独立地表示碳原子数为1到20的烷基、碳原子数为6以上的芳基、碳原子数为7以上的芳烷基。)等,特别优选-NHCOOR18、-OCONHR21(其中,R18、R21各自独立地表示碳原子数为1到10的烷基、碳原子数为6以上的芳基、碳原子数为7以上的芳烷基。)等。
作为上述“具有配位性氧原子的基团”,可列举出例如乙酰丙酮基、冠醚等。作为上述“具有碱性氮原子的基团”,可列举出例如氨基(-NH2)、取代亚氨基(-NHR8、-NR9R10、其中,R8、R9、及R10各自独立地表示碳原子数为1到20的烷基(优选碳原子数为1~5)、碳原子数为6以上的芳基(优选碳原子数为6~30)、碳原子数为7以上的芳烷基(优选碳原子数为7~30)。)、下述式(a1)所表示的胍基、下述式(a2)所表示的脒基等作为优选的例子。
[化学式51]
式(a1)中,R11及R12各自独立地表示碳原子数为1到20的烷基(优选碳原子数为1~5)、碳原子数为6以上的芳基(优选碳原子数为6~30)、碳原子数为7以上的芳烷基(优选碳原子数为7~30)。式(a2)中,R13及R14各自独立地表示碳原子数为1到20的烷基(优选碳原子数为1~5)、碳原子数为6以上的芳基(优选碳原子数为6~30)、碳原子数为7以上的芳烷基(优选碳原子数为7~30)。
作为上述取代基A1所示的烷基,可以是直链状,也可以是支链状,优选为碳原子数为1~40的烷基,更优选为碳原子数为4~30的烷基,进一步优选为碳原子数为10~18的烷基。作为上述取代基A1所示的芳基,优选为碳原子数为6~10的芳基。作为上述“具有亚烷基氧基链的基团”,优选末端形成烷基氧基或羟基,更优选形成碳原子数为1~20的烷基氧基。此外,作为亚烷基氧基链,只要具有至少1个亚烷基氧基,则没有特别限制,优选为由碳原子数为1~6的亚烷基氧基构成。作为亚烷基氧基,可列举出例如-CH2CH2O-、-CH2CH2CH2O-等。作为上述“烷基氧基羰基”及“烷基氨基羰基”中的烷基部分,优选为碳原子数为1到20的烷基。作为上述“羧酸盐基”,可列举出由羧酸的铵盐构成的基团等。作为上述“磺酰胺基”,键合于氮原子上的氢原子也可以被烷基(甲基等)、酰基(乙酰基、三氟乙酰基等)等取代。
作为上述“杂环结构”,可列举出例如噻吩、呋喃、呫吨、吡咯、吡咯啉、吡咯烷、二氧杂戊环、吡唑、吡唑啉、吡唑烷、咪唑、噁唑、噻唑、噁二唑、三唑、噻二唑、吡喃、吡啶、哌啶、二噁烷、吗啉、哒嗪、嘧啶、哌嗪、三嗪、三噻烷、异吲哚啉、异吲哚啉酮、苯并咪唑酮、苯并噻唑、乙内酰脲、吲哚、喹啉、咔唑、吖啶、吖啶酮、蒽醌作为优选的例子。作为上述“酰亚胺基”,可列举出琥珀酰亚胺、邻苯二甲酰亚胺、萘二甲酰亚胺等。
另外,上述“杂环结构”及“酰亚胺基”也可以进一步具有取代基,作为该取代基,可列举出例如碳原子数为1到20的烷基、碳原子数为6到16的芳基、羟基、氨基、羧基、磺酰胺基、N-磺酰基酰胺基、乙酰氧基等碳原子数为1到6的酰氧基、碳原子数为1到20的烷氧基、卤素原子、甲氧基羰基、乙氧基羰基、环己氧基羰基等碳原子数为2到7的烷氧基羰基、氰基、碳酸叔丁酯等碳酸酯基等。
作为上述“烷氧基甲硅烷基”,可以是单烷氧基甲硅烷基、二烷氧基甲硅烷基、三烷氧基甲硅烷基中的任一者,但优选为三烷氧基甲硅烷基,可列举出例如三甲氧基甲硅烷基、三乙氧基甲硅烷基等。作为上述“环氧基”,可列举出取代或未取代的环氧乙烷基(ethyleneoxide基)。
特别优选A1为具有至少1种pKa为5以上的官能团的1价的取代基,更优选为具有至少1种pKa为5~14的官能团的1价的取代基。这里所谓的“pKa”是化学便览(II)(修订4版、1993年、日本化学会编、丸善株式会社)中记载的定义的值。作为上述pKa为5以上的官能团,可列举出具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、酚基、脲基、氨基甲酸酯基、烷基、芳基、烷基氧基羰基、烷基氨基羰基、具有亚烷基氧基链的基团、酰亚胺基、羧酸盐基、磺酰胺基、羟基、杂环基等。作为pKa为5以上的官能团,具体而言,可列举出例如酚基(pKa为8~10左右)、烷基(pKa为46~53左右)、芳基(pKa为40~43左右)、脲基(pKa为12~14左右)、氨基甲酸酯基(pKa为11~13左右)、作为配位性氧原子的-COCH2CO-(pKa为8~10左右)、磺酰胺基(pKa为9~11左右)、羟基(pKa为15~17左右)、杂环基(pKa为12~30左右)等。上述中,作为上述A1,优选为具有至少1种选自由酸基、酚基、烷基、芳基、具有亚烷基氧基链的基团、羟基、脲基、氨基甲酸酯基、磺酰胺基、酰亚胺基及具有配位性氧原子的基团组成的组中的基团的1价的取代基。
上述式(1)中,R2表示单键或2价的连结基团。n个R2可以相同,也可以不同。作为R2所表示的2价的连结基团,包含由1到100个碳原子、0个到10个氮原子、0个到50个氧原子、1个到200个氢原子、及0个到20个硫原子构成的基团,可以未取代,也可以进一步具有取代基。
作为R2,优选单键、或由1到10个碳原子、0个到5个氮原子、0个到10个氧原子、1个到30个氢原子、及0个到5个硫原子构成的2价的连结基团。作为R2,更优选选自由链状饱和烃基(可以是直链状也可以是支链状,优选为碳原子数为1~20)、环状饱和烃基(优选为碳原子数为3~20)、芳香族基(优选为碳原子数为5~20,例如亚苯基)、硫醚键、酯键、酰胺键、醚键、氮原子、及羰基组成的组中的基团、或将它们中的2种以上组合而成的基团,进一步优选选自由链状饱和烃基、环状饱和烃基、芳香族基、硫醚键、酯键、醚键、及酰胺键组成的组中的基团、或将它们中的2种以上组合而成的基团,特别优选选自由链状饱和烃基、硫醚键、酯键、醚键、及酰胺键组成的组中的基团、或将它们中的2种以上组合而成的基团。
上述中,R2所表示的2价的连结基团具有取代基的情况下,作为该取代基,可列举出例如碳原子数为1到20的烷基、碳原子数为6到16的芳基、羟基、氨基、羧基、磺酰胺基、N-磺酰基酰胺基、乙酰氧基等碳原子数为1到6的酰氧基、碳原子数为1到6的烷氧基、卤素原子、甲氧基羰基、乙氧基羰基、环己氧基羰基等碳原子数为2到7的烷氧基羰基、氰基、碳酸叔丁酯等碳酸酯基等。
上述式(1)中,R1表示(m+n)价的连结基团。m+n满足3~10。作为上述R1所表示的(m+n)价的连结基团,包含由1到100个碳原子、0个到10个氮原子、0个到50个氧原子、1个到200个氢原子、及0个到20个硫原子构成的基团,可以未取代,也可以进一步具有取代基。
R1所表示的(m+n)价的连结基团优选为下述式中的任一者所表示的基团。
[化学式52]
上述式中,L3表示3价的基团。T3表示单键或2价的连结基团,3个存在的T3彼此可以相同,也可以不同。L4表示4价的基团。T4表示单键或2价的连结基团,4个存在的T4彼此可以相同,也可以不同。L5表示5价的基团。T5表示单键或2价的连结基团,5个存在的T5彼此可以相同,也可以不同。L6表示6价的基团。T6表示单键或2价的连结基团,6个存在的T6彼此可以相同,也可以不同。以下示出上述R1所表示的(m+n)价的连结基团的具体的例子〔具体例(1)~(17)〕。但是,本发明中,并不限定于它们。
[化学式53]
[化学式54]
上述的具体例中,从原料的获取性、合成的容易性、在各种溶剂中的溶解性的观点出发,特别优选的(m+n)价的连结基团为下述(1)、(2)、(10)、(11)、(16)、(17)的基团。
上述式(1)中,m表示8以下的正的数。作为m,优选为0.5~5,更优选为1~4,特别优选为1~3。此外,上述式(1)中,n表示1~9。作为n,优选为2~8,更优选为2~7,特别优选为3~6。m个P1可以相同,也可以不同。
上述式(1)中,P1表示聚合物链,可以从公知的聚合物等中根据目的等而选择。m个P1可以相同,也可以不同。聚合物中,为了构成聚合物链,优选选自由乙烯基单体的聚合物或共聚物、酯系聚合物、醚系聚合物、氨基甲酸酯系聚合物、酰胺系聚合物、环氧系聚合物、有机硅系聚合物、及它们的改性物、或共聚物〔例如,包含聚醚/聚氨酯共聚物、聚醚/乙烯基单体的聚合物的共聚物等(可以是无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物中的任一种。)。〕组成的组中的至少一种,更优选选自由乙烯基单体的聚合物或共聚物、酯系聚合物、醚系聚合物、氨基甲酸酯系聚合物、及它们的改性物或共聚物组成的组中的至少一种,特别优选乙烯基单体的聚合物或共聚物。作为聚合物链P1可具有的乙烯基单体的聚合物或共聚物、酯系聚合物、醚系聚合物,优选分别具有下述式(L)、(M)、(N)所表示的结构。
[化学式55]
上述式中,
X1表示氢原子或1价的有机基团。从合成上的制约的观点出发,优选为氢原子、或碳原子数为1~12的烷基,更优选为氢原子或甲基,特别优选为甲基。
R10表示氢原子或1价的有机基团,结构上没有特别限定,优选为氢原子、烷基、芳基、杂芳基,进一步优选为氢原子、烷基。该R10为烷基的情况下,作为该烷基,优选碳原子数为1~20的直链状烷基、碳原子数为3~20的支链状烷基、或碳原子数为5~20的环状烷基,更优选碳原子数为1~20的直链状烷基,特别优选碳原子数为1~6的直链状烷基。式(L)中也可以具有2种以上结构不同的R10。
R11及R12表示支链或直链的亚烷基(优选碳原子数为1~10,更优选为2~8,进一步优选为3~6。)。各式中也可以具有2种以上结构不同的R11或R12。
k1、k2、k3分别独立地表示5~140的数。
优选聚合物链P1含有至少1种重复单元。从发挥空间排斥力并提高分散稳定性的观点出发,聚合物链P1中的上述至少1种重复单元的重复数k优选为5以上,更优选为7以上。此外,从抑制高分子化合物(B)的体积大、使金属氧化物粒子(A)致密地存在于固化膜(透明膜)中、达成高折射率的观点出发,上述至少1种重复单元的重复单元数k优选为140以下,更优选为130以下,进一步优选为60以下。
另外,上述聚合物优选在有机溶剂中可溶。若与有机溶剂的亲和性低,则有时与分散介质的亲和性弱,对于分散稳定化无法确保充分的吸附层。作为上述乙烯基单体,没有特别限制,优选例如(甲基)丙烯酸酯类、巴豆酸酯类、乙烯基酯类、具有酸基的乙烯基单体、马来酸二酯类、富马酸二酯类、衣康酸二酯类、(甲基)丙烯酰胺类、苯乙烯类、乙烯基醚类、乙烯基酮类、烯烃类、马来酰亚胺类、(甲基)丙烯腈等,更优选为(甲基)丙烯酸酯类、巴豆酸酯类、乙烯基酯类、具有酸基的乙烯基单体,进一步优选为(甲基)丙烯酸酯类、巴豆酸酯类。作为这些乙烯基单体的优选的例子,可列举出日本特开2007-277514号公报段落0089~0094、0096及0097(对应的美国专利申请公开第2010/233595号说明书中的段落0105~0117、及0119~0120)中记载的乙烯基单体,它们的内容被纳入本申请说明书中。
除了上述的化合物以外,还可以使用例如具有氨基甲酸酯基、脲基、磺酰胺基、酚基、酰亚胺基等官能团的乙烯基单体。作为这样的具有氨基甲酸酯基、或脲基的单体,例如可以利用异氰酸酯基与羟基、或氨基的加成反应来适当合成。具体而言,可以通过含有异氰酸酯基的单体与含有1个羟基的化合物或含有1个伯氨基或仲氨基的化合物的加成反应、或含有羟基的单体或含有伯氨基或仲氨基的单体与单异氰酸酯的加成反应等来适当合成。
上述式(1)所表示的高分子化合物(B)中,优选下述式(2)所表示的高分子化合物。
[化学式56]
上述式(2)中,A2与上述式(1)中的上述A1含义相同,优选的方式也相同。
上述式(2)中,R4、R5各自独立地表示单键或2价的连结基团。n个R4可以相同,也可以不同。此外,m个R5可以相同,也可以不同。作为R4、R5所表示的2价的连结基团,可采用与作为上述式(1)的R2所表示的2价的连结基团列举出的基团同样的连结基团,优选的方式也相同。其中,作为R4、R5所表示的2价的连结基团,优选选自由链状饱和烃基(可以是直链状也可以是支链状,优选碳原子数为1~20)、环状饱和烃基(优选碳原子数为3~20)、芳香族基(优选碳原子数为5~20,例如亚苯基)、酯键、酰胺键、醚键、氮原子、及羰基组成的组中的基团、或将它们中的2种以上组合而成的基团,更优选选自由链状饱和烃基、环状饱和烃基、芳香族基、酯键、醚键、及酰胺键组成的组中的基团、或将它们中的2种以上组合而成的基团,进一步优选选自由链状饱和烃基、酯键、醚键、及酰胺键组成的组中的基团、或将它们中的2种以上组合而成的基团。
上述式(2)中,R3表示(m+n)价的连结基团。作为上述R3所表示的(m+n)价的连结基团,可以未取代,也可以进一步具有取代基,可采用与作为上述式(1)的R1所表示的(m+n)价的连结基团列举出的基团同样的连结基团,优选的方式也相同。上述式(2)中,m、n分别与上述式(1)中的m、n含义相同,优选的方式也相同。此外,式(2)中的P2与上述式(1)中的P1含义相同,优选的方式也相同。m个P2可以相同,也可以不同。上述式(2)所表示的高分子化合物中,特别优选全部满足以下所示的R3、R4、R5、P2、m、及n的化合物。R3:上述具体例(1)、(2)、(10)、(11)、(16)、或(17),R4:单键、或选自由链状饱和烃基、环状饱和烃基、芳香族基、酯键、酰胺键、醚键、氮原子、及羰基组成的组中的基团、或将它们中的2种以上组合而成的基团,R5:单键、亚乙基、亚丙基、下述基(a)、或下述基团(b),另外,下述基团中,R12表示氢原子或甲基,1表示1或2。
[化学式57]
P2:乙烯基单体的聚合物或共聚物、酯系聚合物、醚系聚合物、氨基甲酸酯系聚合物及它们的改性物,m:1~3,n:3~6
上述式(1)或(2)所表示的高分子化合物(B)中,从分散稳定性、涂布面状等观点出发,更优选下述式(5)所表示的高分子化合物。
[化学式58]
上述式(5)中,R6表示(m+n1+n2)价的连结基团,R7~R9各自独立地表示单键或2价的连结基团。A3表示具有至少1种酸基的1价的取代基。A4表示与A3不同的1价的取代基。n1个A3及R7分别可以相同,也可以不同。n2个A4及R8分别可以相同,也可以不同。m与上述式(1)中的m含义相同,优选的方式也相同。n1表示1~8,n2表示1~8,m+n1+n2满足3~10。P3与上述式(2)中的P2含义相同,优选的方式也相同。m个P3及R9分别可以相同,也可以不同。作为关于R6的(m+n1+n2)价的连结基团,可采用与作为上述式(1)的R1或上述式(2)的R3所表示的(m+n)价的连结基团列举出的基团同样的连结基团,优选的方式也相同。作为关于R7~R9的2价的连结基团,可采用与作为上述式(2)的R4、R5所表示的2价的连结基团列举出的基团同样的连结基团,优选的方式也相同。作为上述取代基A3可具有的酸基的具体例子、优选的例子,可列举出与对上述式(1)中的酸基所述的具体例子、优选的例子同样的酸基。上述取代基A3进一步优选为具有至少1种pKa小于5的酸基的1价的取代基,特别优选为具有至少1种选自由磺酸基、羧酸基、磷酸基、膦酸基及次膦酸基组成的组中的基团的1价的取代基,特别优选为羧酸基。作为与A3不同的1价的取代基A4的具体例子、优选的例子,可列举出与对上述式(1)中的A1所述的具体例子、优选的例子中的除酸基以外的基团同样的1价的取代基。其中,上述取代基A4更优选为具有至少1种pKa为5以上的官能团的1价的取代基,进一步优选为具有至少1种选自由具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、酚基、脲基、氨基甲酸酯基、烷基、芳基、烷基氧基羰基、烷基氨基羰基、具有亚烷基氧基链的基团、酰亚胺基、羧酸盐基、磺酰胺基、羟基及杂环基组成的组中的基团的1价的取代基,特别优选为烷基、芳基、具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、脲基或氨基甲酸酯基。
作为上述取代基A3与取代基A4的组合,优选上述取代基A3为具有至少1种pKa小于5的官能团的1价的取代基、且上述取代基A4为具有至少1种pKa为5以上的官能团的1价的取代基。更优选上述取代基A3为具有至少1种选自由羧酸基、磺酸基、磷酸基、膦酸基及次膦酸基组成的组中的基团的1价的取代基、且上述取代基A4为具有至少1种选自由具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、酚基、脲基、氨基甲酸酯基、烷基、芳基、烷基氧基羰基、烷基氨基羰基、具有亚烷基氧基链的基团、酰亚胺基、羧酸盐基、磺酰胺基、羟基及杂环基组成的组中的基团的1价的取代基。进一步优选上述取代基A3为具有羧酸基的1价的取代基、且上述取代基A4为烷基、芳基、具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、脲基或氨基甲酸酯基。从后述的金属氧化物粒子(A)(其中,特别是二氧化钛粒子)与取代基A3的烷基的吸附良好的观点出发,特别优选上述取代基A3为羧酸基、且上述取代基A4为烷基。推测二氧化钛粒子与取代基A4的烷基的吸附良好是由于二氧化钛粒子经硬脂酸进行了表面处理时等,该硬脂酸的烷基与取代基A4的烷基相互作用。作为高分子化合物(B)的分子量,以重均分子量计优选为1000~50000,更优选为3000~30000,特别优选为3000~20000。若重均分子量为上述范围内,则可充分发挥出导入聚合物的末端的多个上述吸附部位的效果,可发挥出对金属氧化物微粒表面的吸附性优异的性能。
(高分子化合物(B)的合成方法)上述式(1)或(2)所表示的高分子化合物没有特别限制,可以根据日本特开2007-277514号公报段落0114~0140及0266~0348中记载的合成方法进行合成。本发明的分散组合物中,高分子化合物(B)可以单独使用1种、或将2种以上组合使用。从分散稳定性及高折射率的观点出发,高分子化合物(B)相对于本发明的分散组合物(或后述的固化性组合物)的全部固体成分的浓度优选为5~40质量%的范围,更优选为10~35质量%的范围,进一步优选为12~30质量%的范围。
-其他分散树脂-出于调整金属氧化物粒子的分散性等目的,本发明的分散组合物中还可以含有上述特定树脂以外的分散树脂(以下有时称为“其他分散树脂”)。作为可用于本发明的其他分散树脂,可列举出高分子分散剂〔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)丙烯酸系共聚物、萘磺酸福尔马林缩合物〕、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。其他分散树脂按照其结构可以进一步分类成直链状高分子、末端改性型高分子、接枝型高分子、嵌段型高分子。其他分散树脂吸附到金属氧化物粒子的表面并发挥作用以防止再凝聚。因此,可列举出具有对金属氧化物粒子表面的锚固部位的末端改性型高分子、接枝型高分子、嵌段型高分子作为优选的结构。另一方面,其他分散树脂具有通过将金属氧化物粒子表面进行改性从而促进分散树脂的吸附的效果。
作为其他分散树脂的具体例子,可列举出BYK Chemie公司制“DISPERBYK101(聚酰胺胺磷酸盐)、107(羧酸酯)、110、180(包含酸基的共聚物)、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“EFKA4047、4050、4010、4165(聚氨酯系)、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“Ajisper PB821、PB822”、共荣社化学公司制“Florene TG-710(氨基甲酸酯低聚物)”、“Polyflow No.50E、No.300(丙烯酸系共聚物)”、楠本化成公司制“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“Demol RN、N(萘磺酸福尔马林缩聚物)、MS、C、SN-B(芳香族磺酸福尔马林缩聚物)”、“Homogenol L-18(高分子聚羧酸)”、“Emulgen920、930、935、985(聚氧乙烯壬基苯基醚)”、“Acetamin86(硬脂胺乙酸酯)”、Lubrizol公司制“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“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。此外,作为其他分散树脂,还可列举出日本特开2012-208494号公报段落0562(对应的美国专利申请公开第2012/235099号说明书的[0692])以后的将式(ED)所表示的化合物(有时也称为醚二聚物)作为必须的单体成分进行聚合而成的聚合物,它们的内容被纳入本申请说明书中。作为醚二聚物的具体例子,可以参考日本特开2012-208494号公报段落0565(对应的美国专利申请公开第2012/235099号说明书的[0694])的醚二聚物的记载,它们的内容被纳入本申请说明书中。作为将式(ED)所表示的化合物作为必须的单体成分进行聚合而成的聚合物的具体例子,可列举出与粘合剂聚合物的项中后述的将式(ED)所表示的化合物作为必须的单体成分进行聚合而成的聚合物的具体例子相同的聚合物。这些其他树脂可以单独使用,也可以将2种以上组合使用。
从分散性、高折射率及涂布面状的观点出发,高分子化合物(分散树脂)(B)相对于本发明的分散组合物的全部固体成分的浓度优选为5~40质量%的范围,更优选为10~35质量%的范围,进一步优选为12~30质量%的范围。
<(C)溶剂>
本发明的分散组合物包含溶剂,该溶剂可以使用各种有机溶剂来构成。
作为这里可使用的有机溶剂,可以使用与上述分散组合物I及II同样的有机溶剂,优选的范围也相同。
作为本发明的分散组合物的制造方法,可以没有特别限制地应用通常使用的分散组合物的制造方法。例如可以通过将金属氧化物粒子(A)、高分子化合物(B)、及溶剂(C)混合,并使用循环型分散装置(珠磨机)等进行分散处理来制造。
出于除去异物、减少缺陷等的目的,本实施方式的固化性组合物优选用过滤器进行过滤。可以没有特别限定地优选使用以往被用于过滤用途等的过滤器。可列举出例如由PTFE(聚四氟乙烯)等氟树脂、尼龙-6、尼龙-6,6等聚酰胺系树脂、聚乙烯、聚丙烯(PP)等聚烯烃树脂(包含高密度、超高分子量)等制成的过滤器。这些材料中,优选聚丙烯(包含高密度聚丙烯)。
过滤器的孔径为0.01~7.0μm左右是合适的,优选为0.01~2.5μm左右,进一步优选为0.01~1.5μm左右。通过设为该范围,能够可靠地除去混入溶解的颜料等中、在后续工序中阻碍均匀及平滑的固化性组合物的制备的微细的异物。
使用过滤器时,也可以将不同的过滤器组合。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。在组合不同的过滤器并进行2次以上过滤的情况下,优选使第2次过滤以后的孔径大于第1次过滤的孔径。此外,也可以在上述范围内组合不同孔径的第1过滤器。这里的孔径可以参照过滤器制造商的标称值。作为市售的过滤器,可以从例如Nihon Pall Ltd.、Advantec Toyo Kaisha,Ltd.、Nihon Entegris K.K.(原NihonMykrolis K.K.)或Kitz Microfilter Corporation等提供的各种过滤器中选择。
第2过滤器可以使用由与上述第1过滤器同样的材料等形成的过滤器。第2过滤器的孔径为0.5~7.0μm左右是合适的,优选为2.5~7.0μm左右,进一步优选为4.5~6.0μm左右。通过设为该范围,能够在使混合液中含有的成分粒子残存的状态下除去混入混合液中、在后续工序中阻碍均匀及平滑的固化性组合物的制备的异物。
例如,利用第1过滤器的过滤可以仅对分散液进行,也可以在混合其他成分后,进行第2过滤。
<低折射率膜>
本发明中的光透射性固化膜可以通过使溶剂中含有上述特定的低折射率材料和高折射率材料而成的固化性组合物来形成。
本发明所述的低折射率膜显示优异的低折射率性。具体而言,低折射率膜的折射率为1.5以下,更优选为1.46以下,进一步优选为1.43以下,特别优选为1.42以下。作为下限值,为1.3以上,特别优选为1.32以上。若为上述范围内,则作为后述的防反射膜是有用的。上述防反射膜优选比赋予其而形成的光学部件(例如光学透镜体等)的折射率低。由此,可得到有效的防反射效果。
本发明所述的低折射率膜的阿贝数为5以上,优选为10以上,更优选为15以上,进一步优选为17以上,特别优选为20以上。上限为40以下,优选为38以下,更优选为35以下,特别优选为33以下。通过使膜的阿贝数在该范围,与通用的高折射率膜(微透镜等)的适合性良好,在可见光区域的广泛范围内可得到均匀的防反射效果。
低折射率膜的厚度没有特别限制,但优选为0.025μm以上,更优选为0.05μm以上,更优选为0.075μm以上。厚度的上限优选为3μm以下,更优选为2.5μm以下。
高折射率膜的厚度没有特别限制,但优选为0.1μm以上,更优选为0.2μm以上,更优选为0.3μm以上。厚度的上限优选为6μm以下,更优选为4μm以下。另外,制成透镜体时的特别优选的范围在后面叙述。
另外,上述折射率、阿贝数、膜的厚度为通过后述实施例中采用的测定方法测定的值。
将上述固化膜作为低折射率膜使用时,通过使膜厚在该范围,作为微透镜单元的耐久性优异,在作为后述的固态摄像元件使用时与盖玻片的粘附性也优异,所以优选。特别是在进行厚涂的情况下也可以超过1.0μm。这里所谓的膜厚是指自透镜体的最长点的高度起的厚度。
<光学部件组>
作为本发明优选的实施方式所述的光学部件组的一个例子,可列举出将不同的第1光学部件及第2光学部件组合而成的结构体。
以下,关于光学部件组以微透镜单元为例进行说明,关于第1光学部件以光透射性固化膜为例进行说明,关于第2光学部件以微透镜体为例进行说明。
微透镜单元被组装入固态摄像元件中,且具有微透镜体和被覆其的光透射性固化膜。另外,微透镜体的用语包含微透镜阵列的意思,有时仅总称为透镜体(1ens member、lens members)。在微透镜阵列作为微透镜体使用的情况下,微透镜体彼此的间隙即槽部被无间隙地埋入光透射性固化膜中而完全不产生空隙(孔)等是理想的。在这样的方式中,微透镜单元不会对通过该单元的光产生来自孔的干扰,发挥良好的品质性能。
<第1光学部件>
作为本实施方式所述的第1光学部件的一个例子,有光透射性固化膜。光透射性固化膜由上述固化性组合物的固化膜构成。
<第2光学部件>
作为本实施方式所述的第2光学部件的一个例子,有微透镜体。作为微透镜体的形状,没有特别限定,但优选使用凸透镜。只要没有特别说明,本发明中所谓凸透镜包含平凸透镜、双凸透镜、凸弯月透镜等,是指具有至少向一个方向凸出的部位的透镜。作为具体的凸透镜的形状,可列举出多面体状、球面状、及非球面状(由自由曲面形成的没有球面像差的形状)等。上述多面体的形状中,可列举出正多面体状、半正多面体状、圆柱状、及转筒形状等。此外,只要具有聚光效果,则菲涅耳透镜等也包含在本发明中的凸透镜中。
本发明中高折射率膜(透镜体)优选由显示高折射率性的材料制作。具体而言,高折射率膜的折射率优选为1.7以上,更优选为1.8以上。上限优选为2以下,更优选为1.95以下。若折射率为该范围,则在与上述的防反射膜(低折射率膜)组合使用时,能够得到品质性能良好的透镜单元。
从与本发明所述的低折射率膜组合的相性的观点出发,高折射率膜的阿贝数进一步优选为5以上,更优选为7以上,特别优选为10以上。上限优选为90以下,更优选为80以下,进一步优选为70以下,进一步优选为50以下,特别优选为40以下。
作为如本实施方式那样将微透镜体作为微透镜阵列使用的方式,优选将其凸出方向实质上朝向同一方向排列。这里所谓排列是指以规定的间隔并列地设置2个以上,其间隔可以均匀,也可以不同。优选为二维地排列成1个平面状,更优选以等间隔进行二维排列。此外,作为透镜间的间隔(透镜的中心间的距离),通常为100~1,000nm的范围,在致密排列的情况下,更优选为100~400nm。在透镜间基本上形成有凹部,作为其形状,根据凸出的凸透镜的形状而定。剖面中优选弓形(由圆弧和弦定义的面)的凸透镜,形成具有V字的2条线由逆圆弧构成的剖面的凹部。
透镜体的高度(厚度)没有特别限定,但实际中为200~1000nm。透镜体的宽度没有特别限定,但相对于下面的彩色滤光片尺寸,实际中为70~80%(例如,在彩色滤光片尺寸为1400nm的情况下,达到980~1190nm。)。这里所谓的透镜体的高度是指透镜体的最长点的高度。
另外,透镜体为凸透镜时,其曲率半径优选在发挥所期望的效果的范围内,没有特别限定。
<光学部件组的制造方法>
本发明中作为光学部件组的实施方式,没有特别限制,可以根据用途、目的而适当选择。作为具体的方式,可列举出下述方式,但本发明并不限定于这些构成。另外,本说明书中所谓“被覆”时,不仅包含与对象物直接抵接地被覆的情况,还包含隔着其他层进行被覆。
第一方式:第2光学部件被第1光学部件直接被覆的方式
第二方式:第2光学部件被外涂层被覆,并进一步被第1光学部件被覆的方式
第三方式:在第2光学部件与半导体受光单元之间形成第1光学部件层的方式
上述中,优选第一方式。以下,对第一方式详细说明其制造方法。
(组合物的涂布)
本实施方式的固化性组合物优选作为防反射膜、低折射率膜的形成材料使用。为了形成固化膜而涂布到透镜体等被加工物上的方法没有特别限定,可以应用适宜的公知的涂布方法。可以应用例如旋涂法、浸渍涂布法、辊刮刀法、喷雾法等。根据需要,优选对所涂布的涂膜实施加热处理等,从而将涂膜中包含的溶剂除去。
作为涂布量,以固化后的膜厚计优选为达到3μm以下的条件,更优选为达到2.5μm以下的条件,进一步优选为达到2μm以下的条件。下限值没有特别限定,但优选达到0.1μm以上的条件,更优选达到0.2μm以上的条件,特别优选达到0.5μm以上的条件。在被加工物为例如在固态摄像元件中将多个凸透镜排列而成的凹凸形状的情况下,其沟道状部分的间隙宽度(若为V字状槽则为其中腹的宽度)大约为100~300nm是典型的。
(固化膜的形成)
优选将光透射性固化膜形成用树脂组合物应用于被加工物上,之后,将溶剂除去而形成固化膜。为此,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。另外,该溶剂除去也可以在不同的条件下实施2次以上。
本实施方式中,优选对上述所涂布的光透射性固化膜形成用树脂组合物进行加热,进一步促进固化。通过这样操作,能够实现更稳定的形态,提高耐显影性。其加热温度只要使涂膜发生固化则特别限制,但通常优选为150~400℃。其中,优选为150~280℃,更优选为150~240℃。优选上述加热条件,涂膜充分固化,能够制成优异的膜。作为加热时间,没有特别限制,但优选为1~60分钟,更优选为1~30分钟。作为加热的方法,没有特别限制,可以应用利用热板、烘箱、炉等的加热。
作为加热时的气氛,没有特别限制,可以应用不活泼气氛、氧化性气氛等。不活泼气氛可以通过氮气、氦气、氩气等不活泼气体来实现。氧化性气氛除了可以通过这些不活泼气体与氧化性气体的混合气体来实现以外,也可以利用空气。作为氧化性气体,可列举出例如氧气、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一种压力下实施。
通过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、固化膜以良好的精度进行蚀刻加工,也可以适宜应对微小的固态摄像元件的制造工序。
(防反射膜)
作为使用上述本发明所述的组合物而得到的固化膜的适宜的使用形态,可列举出防反射膜。特别是适宜作为使用了固态摄像元件等的光学设备、例如图像传感器用微透镜、等离子体显示屏、液晶显示器、有机电致发光等用的防反射膜。作为防反射膜使用时的反射率越低越优选。具体而言,优选在400~700nm的波长区域内的镜面平均反射率为3%以下,进一步优选为2%以下,特别优选为1%以下。另外,反射率越小越优选,特别优选为0。
防反射膜的雾度优选为3%以下,进一步优选为1%以下,特别优选为0.5%以下。另外,反射率越小越优选,特别优选实质上为0。
<固态摄像元件>
本发明的优选实施方式所述的固态摄像元件在半导体受光单元上具有微透镜单元,按照微透镜体与彩邑滤光片接触的方式组装。受光元件接受依次通过光透射性固化膜、透镜体、及彩色滤光片的光,作为图像传感器发挥功能。具体而言,光透射性固化膜作为防反射膜发挥功能,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被受光元件检测。由于它们遍及检测分别对应于RGB的光的元件整体而发挥功能,所以即使在受光元件与透镜体以高密度排列的情况下,也能够得到极其鲜明的图像。
作为应用了微透镜阵列的固态摄像元件的例子,可列举出日本特开2007-119744号公报中记载的固态摄像元件。具体而言,在形成于半导体基板的表面的CCD区域、光电转换部之间具有传输电极,并在其上隔着层间膜形成有遮光膜。在遮光膜上层叠有利用BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass,硼磷硅玻璃)等的层间绝缘膜、钝化膜及利用丙烯酸系树脂等的低折射率的透明平坦化膜,在其上形成有R.G.B.组合而成的彩色滤光片。进一步隔着保护膜,按照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所述的微透镜单元优选为下述的构成。即,作为上述微透镜体,应用多个凸透镜,该多个凸透镜将其凸出方向实质上朝向同一方向地排列,且该多个凸透镜从其凸出方向覆盖而被上述光透射性固化膜被覆,在形成于上述多个凸透镜间的凹部中实质上无间隙地填充有上述光透射性固化膜,另一方面,在该光透射性固化膜中与上述透镜体的相反侧为平坦面。
本申请说明书中,所谓“实质上同一方向”是即使凸出方向不完全一致,也允许在发挥所期望的效果的范围内,凸出方向可以存在方向的不一致等偏差的主旨。另一方面,所谓“实质上无间隙”是允许在发挥所期望的效果的范围内,在第一光学部件与第2光学部件之间可以存在微小的间隙的主旨。
本发明中,微透镜单元也可以适宜用于固态摄像元件用以外的其他用途。作为其他用途,可列举出例如各种OA设备、液晶电视、手机、投影仪等液晶显示元件、传真机、电子复印机、固态摄像元件等晶载彩色滤光片的成像光学系统等,可以利用于这些各种用途。
实施例
以下列举出实施例对本发明进一步进行详细说明,但本发明并不受这些实施例的限定性解释。另外,本实施例中“份”及“%”只要没有特别说明,均为质量标准。
<低折射率材料>
(水解缩合物的合成)
示出组合物A02的制备例作为代表例。使用甲基三乙氧基硅烷进行水解·缩合反应。此时使用的溶剂为乙醇。所得到的水解缩合物A-1的重均分子量约为10,000。另外,上述重均分子量按照之前说明的步骤通过GPC确认。将下述组成1的成分用搅拌机混合,制备了组合物A02。其他组合物除了使用以下的表A所示的量的成分以外,与A02同样地制备。
(组成1)
(组合物的涂布)
将上述所得到的组合物A02涂布到硅晶片上后,实施预烘烤(100℃2min)、后烘烤(230℃10min)而形成涂布膜。
[折射率评价]
用椭圆偏光仪(J.AWoollam制VUV-vase[商品名])测定所得到的膜的折射率(波长633nm、测定温度25℃)。阿贝数由用该测定装置同样地测定的折射率的值算出。算出式如下所述。
其中
nD:相对于夫琅和费的D线(589.3nm)的折射率
nF:相对于夫琅和费的F线(486.1nm)的折射率
nC:相对于夫琅和费的C线(656.3nm)的折射率
[表A]
<表的注释>
配合量:质量份
按照以表中的“其他”以外的成分达到100份的方式表示。试验A10为CYTOP 100份的意思。
(硅氧烷树脂原料)
MTES…甲基三乙氧基硅烷
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
(阴离子表面活性剂、Clariant(株)制)
(氟树脂)
CYTOP:商品名·旭硝子制
(二氧化硅粒子)
Thrulya2320…Thrulya2320:日挥触媒化成社制的中空二氧化硅的20质量%分散液
SD-L…Snowtex MIBK-SD-L:日产化学社制的多孔二氧化硅的30质量%分散
ST…Snowtex MIBK-ST:日产化学社制的多孔二氧化硅的20质量%分散液
PL-1…PL-1-IPA:扶桑化学社制的多孔二氧化硅的12.5质量%分散液
PL-2L…PL-2L-PGME:扶桑化学社制的多孔二氧化硅的20质量%分散液
<高折射率材料>
[二氧化钛分散液(分散组合物)的制备]
对于下述组成的混合液,作为循环型分散装置(珠磨机),使用ShinmaruEnterprises Corporation制NPM,如以下那样进行分散处理,作为分散组合物得到二氧化钛分散液。
~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%PGMEA溶液):165.0份
·丙二醇单甲基醚乙酸酯:142.5份
[化学式59]
[化学式60]
此外,分散装置在以下的条件下运转。
·珠直径:φ0.05mm
·珠填充率:60体积%
·圆周速率:10m/sec
·泵供给量:30Kg/hour
·冷却水:自来水
·珠磨机环状通路内容积:1.0L
·分散处理的混合液量:10kg
分散开始后,以30分钟间隔(1pass的时间)进行平均粒径的测定。
平均粒径随着分散时间(pass次数)的经过而减少,但其变化量逐渐变少。在将分散时间延长30分钟时的平均粒径变化达到5nm以下的时刻结束分散。另外,该分散液中的二氧化钛粒子的平均粒径为40nm。
此外,所得到的分散液中包含的二氧化钛粒子的平均粒径为40nm。
另外,本实施例中的二氧化钛等的平均粒径是指通过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,对所得到的稀释液使用动态光散射法进行测定而得到的值。
该测定使用日机装株式会社制Microtrac UPA-EX150来进行。
[高折射率材料:含有二氧化钛的固化性组合物B01的制备]
·上述制备的二氧化钛分散液(分散组合物)…80.5份
·溶剂:丙二醇单甲基醚乙酸酯…15份
·聚合性化合物:KAYARAD DPHA(日本化药(株)制)…3.6份
·聚合引发剂:IRGACURE OXE01(商品名)BASF公司制…0.10份
·聚合物:甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸共聚物(共聚比:80/20(mass%)重均分子量:12,000)(FFFC公司制)…0.5份
·表面活性剂:Megafac F781(DIC(株)制)0.30份
[固化膜的形成]
将上述含有二氧化钛的固化性组合物涂布到硅晶片上后,实施预烘烤(100℃2min)、后烘烤(230℃10min),制作了固化膜B-1。对该涂膜使用J.AWoollam·Japan公司制椭圆偏光仪测定折射率,结果633nm下的折射率为1.91。
将所使用的固化性组合物中的材料比率变更为下述组成比,通过与含有二氧化钛的固化性组合物B-1同样的工序制备了各种含有二氧化钛的固化性组合物。另外,各固化膜的折射率测定结果也一并记入。
[表B]
<简称的含义>
配合量:质量份
JER-157S65(商品名):Japan Epoxy Resins(株)制
ZrO2:氧化锆(日本电工(株)制PCS)
另外,关于上述试样B03,使用相对于上述B01组合物除了将氧化钛变更为氧化锆(日本电工(株)制PCS)以外如表B那样操作而制备的组合物。
<基底膜的制作>
将含有二氧化钛的固化性组合物(B01)涂布到玻璃基板上后,实施预烘烤(100℃2min)、后烘烤(230℃10min),制作了基底膜D-1。基底膜(高折射率膜)的折射率为1.91,阿贝数为13.6。基底膜的厚度为1.2μm。
<固化性组合物的制备>
将A02与B01如下述那样混合而制作了固化性组合物AB01。
·A02…80份
·B01…20份
其他固化性组合物除了使用以下的表1中所示的成分以外与AB01同样地制备。
<固化膜的制作>
将上述制备的固化性组合物AB01涂布到基底膜D-1上后,实施预烘烤(100℃2min)、后烘烤(230℃10min),形成防反射性的低折射率膜。低折射率膜的厚度为0.1μm。
[反射率评价]
使用日立制作所制分光光度计U-4100进行测定。相对于基板的垂直方向,沿5度方向入射光,将由膜反射的光的强度与没有放置具有基底膜的上述基板的空白的值进行比较。波长使用了450nm、550nm、650nm。将结果示于表1中。
[表1-1]
[表1-2]
从试验No.:c开始为比较例
Ac1相对于A01的配方除了将MTES80份及TEOS20份变更为MTES100份(表A),且未添加PL-1以外,同样地制备。
比较例c12、c13为没有将低折射率材料与高折射率材料混合,仅通过表中的低折射率材料制作低折射率膜的例子。c14~c16为使用了市售品的例子。
MP1:旭硝子公司制CYTOP(商品名)[氟系树脂]
MP2:JSR公司制Opstar JN(商品名)
[氟系有机无机混合材料]
MP3:DIC公司制Defensa OP(商品名)
[光学用UV固化型树脂]
B05使用超高折射率高耐热涂敷材料UR-202(日产化学工业公司制)。
通过本发明中的固化性组合物形成的低折射率膜(实施例)实现所期望的折射率和阿贝数,在宽的可见光区域中显示良好的防反射性。由该结果获知,作为固态摄像元件等光学部件发挥优异的光学性能。
(实施例2)
(不含二氧化钛的高折射率材料组合物)
为了形成折射率(168)的层,制备了下述组合物。另外,在使用下述组合物C01的情况下,实施预烘烤(100℃2min)、后烘烤(230℃10min)而形成固化膜。
溶剂:丙二醇单甲基醚乙酸酯…15份
环己酮…30份
树脂:日产化学工业公司制超高折射率涂敷材料UR20 232份
固化促进剂:SB-A(Mitsubishi Gas Chemical Company,Inc.)…5份
环氧树脂:157S65(三菱化学社制)…17.5份
表面活性剂:Megafac F-781(DIC)…0.5份
使用该高折射率材料C01,如下表2那样形成上述防反射性的低折射率膜。确认在所有试验中,在450~650nm的范围内得到没有不均的良好的反射率。
[表2]
(实施例3)
除了将试验体201的高折射率材料C01的UR202变更为硫代环氧树脂LPH1101(Mitsubishi Gas Chemical Company,Inc.制)以外,与试验体201同样地得到试验体301。对于试验体301,与试验体101同样地评价450~650nm的范围的反射率,确认为良好的结果。
(实施例4)
除了将试验体201的高折射率材料C01的UR202变更为环硫树脂MR-174(三井化学公司制)以外,与试验体201同样地得到试验体401。对于试验体401,与试验体101同样地评价450~650nm的范围的反射率,确认为良好的结果。
(实施例5)
除了将试验体201的高折射率材料C01的UR202变更为硫代聚氨酯树脂MR-7(三井化学公司制)以外,与试验体201同样地得到试验体501。对于试验体501,与试验体101同样地评价450~650nm的范围的反射率,确认为良好的结果。
(实施例6)
除了将高折射率膜(基底膜)和低折射率膜的厚度如下述那样变更以外,同样地进行各波长的反射率的测定。其结果确认与上述实施例1同样地在可见光区域中得到均匀的防反射性能。
高折射率膜及低折射率膜的厚度如以下那样操作来测定。
用椭圆偏光仪(J.AWoollam制VUV-vase[商品名])测定所得到的膜的厚度。
对本发明与其实施方式一起进行了说明,但只要我们没有特别指定,则在说明的任一细节方面均不限定我们的发明,认为应当在不违反所附的权利要求书中所示的发明的精神和范围的情况下可被广泛解释。
本申请要求基于2012年8月31日在日本专利申请的日本特愿2012-192623、2013年3月15日在日本专利申请的日本特愿2013-054353的优先权,在此参照其并将其内容作为本说明书的记载的一部分纳入。
Claims (19)
1.一种低折射率膜,其是阿贝数为5~40且折射率为1.3~1.5、而且固化后的膜厚为0.1μm以上3μm以下的低折射率膜,
包含低折射率材料和高折射率材料,
所述低折射率材料包含中空粒子或非中空粒子、且显示阿贝数为40~80、折射率为1.2~1.4,
所述高折射率材料包含二氧化钛或氧化锆和分散树脂,所述分散树脂包含高分子化合物,且所述高折射率材料显示阿贝数为5~40、折射率为1.6~2。
2.根据权利要求1所述的低折射率膜,其中,
所述低折射率材料包含硅氧烷树脂及氟系树脂中的至少任一种。
3.根据权利要求1或2所述的低折射率膜,其中,
所述分散树脂包含下述式(1)~式(4)中的任一者所表示的结构单元;或所述分散树脂包含下述式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2)所表示的重复单元;或所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2a)所表示的重复单元;或者所述分散树脂包含下述式(11)所表示的高分子化合物,
X1、X2、X3、X4、及X5分别独立地表示氢原子或1价的有机基团;W1、W2、W3、及W4分别独立地表示氧原子或NH;R3表示支链或直链的亚烷基;Y1、Y2、Y3、及Y4分别独立地为单键或2价的连结基团;Z1、Z2、Z3、及Z4分别独立地为氢原子或1价的取代基;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;R4表示氢原子或1价的有机基团;
R1及R2分别独立地表示氢原子、卤素原子或烷基;a分别独立地表示1~5的整数;*表示重复单元间的连结部;R8及R9为与R1含义相同的基团;L为单键、亚烷基、亚烯基、亚芳基、亚杂芳基、亚氨基、醚基、硫醚基、羰基、或它们组合而成的连结基团;La为与CR8CR9和N一起形成环结构的结构部位;X表示具有pKa为14以下的官能团的基团;Y表示原子数为40~10,000的侧链;
R1表示(m+n)价的连结基团,R2表示单键或2价的连结基团;A1表示具有至少1种选自由酸基、脲基、氨基甲酸酯基、具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、酚基、烷基、芳基、具有亚烷基氧基链的基团、酰亚胺基、杂环基、烷基氧基羰基、烷基氨基羰基、羧酸盐基、磺酰胺基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基及羟基组成的组中的基团的1价的取代基;n个A1及R2分别可以相同,也可以不同。
4.根据权利要求3所述的低折射率膜,其中,
所述分散树脂包含式(1)~式(4)中的任一者所表示的结构单元时,重均分子量为5000以上,
所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2)所表示的重复单元、或所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2a)所表示的重复单元时,重均分子量为3000以上,
所述分散树脂包含式(11)所表示的高分子化合物时,重均分子量为1000以上。
5.根据权利要求1或2所述的低折射率膜,其包含表面活性剂、聚合性化合物及其聚合物中的至少1种。
6.根据权利要求5所述的低折射率膜,作为所述表面活性剂,包含具有聚氧亚烷基结构的氟系表面活性剂和阴离子系表面活性剂两者。
7.根据权利要求1或2所述的低折射率膜,其为防反射用途。
8.根据权利要求1或2所述的低折射率膜,其中,
所述高折射率材料还包含粘合剂聚合物。
9.一种光学部件,其具有权利要求1~8中任一项所述的低折射率膜。
10.根据权利要求9所述的光学部件,其是将所述低折射率膜被覆到具有比其高的折射率的光透射性部件的表面而成的。
11.一种固态摄像元件,其具有权利要求9或10所述的光学部件。
12.一种低折射率膜形成用固化性组合物,其是包含显示阿贝数为40~80、折射率为1.2~1.4的低折射材料和显示阿贝数为5~40、折射率为1.6~2的高折射率材料而成的低折射率膜形成用固化性组合物,
所述低折射率材料包含中空粒子或非中空粒子,
所述高折射率材料包含二氧化钛或氧化锆和分散树脂,所述分散树脂包含高分子化合物。
13.根据权利要求12所述的低折射率膜形成用固化性组合物,其中,
所述低折射率材料包含硅氧烷树脂及氟系树脂中的至少任一种。
14.根据权利要求12或13所述的低折射率膜形成用固化性组合物,其中,
所述分散树脂包含下述式(1)~式(4)中的任一者所表示的结构单元;或所述分散树脂包含下述式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2)所表示的重复单元;或所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2a)所表示的重复单元;或者所述分散树脂包含下述式(11)所表示的高分子化合物,
X1、X2、X3、X4、及X5分别独立地表示氢原子或1价的有机基团;W1、W2、W3、及W4分别独立地表示氧原子或NH;R3表示支链或直链的亚烷基;Y1、Y2、Y3、及Y4分别独立地为单键或2价的连结基团;Z1、Z2、Z3、及Z4分别独立地为氢原子或1价的取代基;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;R4表示氢原子或1价的有机基团;
R1及R2分别独立地表示氢原子、卤素原子或烷基;a分别独立地表示1~5的整数;*表示重复单元间的连结部;R8及R9为与R1含义相同的基团;L为单键、亚烷基、亚烯基、亚芳基、亚杂芳基、亚氨基、醚基、硫醚基、羰基、或它们组合而成的连结基团;La为与CR8CR9和N一起形成环结构的结构部位;X表示具有pKa为14以下的官能团的基团;Y表示原子数为40~10,000的侧链;
R1表示(m+n)价的连结基团,R2表示单键或2价的连结基团;A1表示具有至少1种选自由酸基、脲基、氨基甲酸酯基、具有配位性氧原子的基团、具有碱性氮原子的基团、酚基、烷基、芳基、具有亚烷基氧基链的基团、酰亚胺基、杂环基、烷基氧基羰基、烷基氨基羰基、羧酸盐基、磺酰胺基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基及羟基组成的组中的基团的1价的取代基;n个A1及R2分别可以相同,也可以不同。
15.根据权利要求14所述的低折射率膜形成用固化性组合物,其中,
所述分散树脂包含式(1)~式(4)中的任一者所表示的结构单元时,重均分子量为5000以上,
所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2)所表示的重复单元、或所述分散树脂包含式(I-1)所表示的重复单元及式(I-2a)所表示的重复单元时,重均分子量为3000以上,
所述分散树脂包含式(11)所表示的高分子化合物时,重均分子量为1000以上。
16.根据权利要求12或13所述的低折射率膜形成用固化性组合物,其还包含表面活性剂、聚合性化合物及其聚合物中的至少1种。
17.根据权利要求12或13所述的低折射率膜形成用固化性组合物,其中,
所述高折射率材料还包含粘合剂聚合物。
18.一种光学部件组的制造方法,其是具有第1光学部件和被其被覆的第2光学部件的光学部件组的制造方法,其包括以下工序:
准备权利要求12~17中任一项所述的固化性组合物的工序;
将该固化性组合物涂布到第2光学部件上的工序;和
使该固化性组合物固化而形成低折射率膜即第1光学部件的工序。
19.一种固化性组合物的制造方法,其是用于形成低折射率膜的固化性组合物的制造方法,其中,
在将包含显示阿贝数为40~80、折射率为1.2~1.4的低折射率材料的第1组合物和包含显示阿贝数为5~40、折射率为1.6~2的高折射率材料的第2组合物混合而制备时,
作为所述第1组合物使用包含中空粒子或非中空粒子的组合物,
作为所述第2组合物使用包含二氧化钛或氧化锆和分散树脂的组合物,所述分散树脂包含高分子化合物。
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