JP2008185683A - Composition for solid state imager and method for producing microlens array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子用の組成物に関し、さらに、この固体撮像素子用組成物を用いたマイクロレンズアレイの製造方法に関する。 The present invention relates to a composition for a solid-state image sensor, and further relates to a method for manufacturing a microlens array using the composition for a solid-state image sensor.
マイクロレンズは、液晶パネルの集光力向上手段、レーザーディスク(登録商標)、コンパクトディスク、光磁気ディスク等の光ピックアップの集光手段、光ファイバと発光素子又は受光素子との結合のための集光手段、CCD等の固体撮像素子又はファクシミリに使用される一次元イメージセンサの感度を高めるために入射光を光電変換領域に集光させる集光手段又は結像手段、液晶プリンタやLEDプリンタにおいて印字すべき像を感光体に結像させる結像手段、光情報処理用フィルター等の光学装置において各種の光学素子又は光学部品等と組み合わせて使用される。
このようなマイクロレンズの製造方法としては、先の細いバイトでモールド用金型を彫刻し、そこに樹脂またはガラスを流し込んで成形加工する機械加工法や、物理蒸着法、レジストリフロー法等がよく知られており、レジストリフロー法は、光デバイスとの一体集積化が実現しており、小型CCD撮像素子等に利用されている。
The micro lens is a means for improving the light condensing power of a liquid crystal panel, a light condensing means for an optical pickup such as a laser disk (registered trademark), a compact disk, or a magneto-optical disk, and a concentrator for coupling an optical fiber with a light emitting element or light receiving element. In order to increase the sensitivity of optical means, solid-state image sensors such as CCDs or one-dimensional image sensors used in facsimiles, condensing means or imaging means for condensing incident light on the photoelectric conversion area, printing on liquid crystal printers and LED printers It is used in combination with various optical elements or optical components in an optical device such as an image forming means for forming an image to be formed on a photosensitive member, a filter for optical information processing.
As a manufacturing method of such a microlens, there are a machining method, a physical vapor deposition method, a registry flow method, etc., in which a mold is engraved with a thin bite and a resin or glass is poured into the mold. The registry flow method is known to be integrated with an optical device, and is used for a small CCD image sensor or the like.
例えば、特許文献1、2には、光学素子用の光導波路やレンズ等に適した露光した部分がアルカリ現像により溶解するポジ型の感光性樹脂組成物が開示されている。これらの感光性樹脂組成物は、芳香族又は脂肪族ポリアミド系ポリマーと、無機粒子とを含んでいる。これらの感光性樹脂組成物はポジ型であるため、パターンを形成するためには、シリコンウェハー上に塗布した後、マスク露光、現像後、さらに、耐熱性樹脂組成物膜に変換するための加熱処理を必要とする。 For example, Patent Documents 1 and 2 disclose positive photosensitive resin compositions in which exposed portions suitable for optical waveguides and lenses for optical elements are dissolved by alkali development. These photosensitive resin compositions contain an aromatic or aliphatic polyamide polymer and inorganic particles. Since these photosensitive resin compositions are positive type, in order to form a pattern, after coating on a silicon wafer, after mask exposure and development, further heating for converting into a heat resistant resin composition film Requires processing.
本発明は、現像性に優れ、パターン形成性に優れ、高屈折率の硬化物を与える、パターン形成が容易なネガ型感光性の固体撮像素子用組成物を提供することを目的とする。さらに、本発明は、この固体撮像素子用組成物を用いたマイクロレンズアレイの製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a negative photosensitive solid-state image sensor composition that is excellent in developability, excellent in pattern formability, and gives a cured product having a high refractive index and that is easy to form a pattern. Furthermore, an object of this invention is to provide the manufacturing method of a micro lens array using this composition for solid-state image sensors.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を行い、マイクロレンズ形成材料として、二酸化ケイ素で被覆された金属酸化物粒子であって、粒子の表面に存在する全金属元素に対するケイ素原子の割合が20原子%以上である金属酸化物粒子と、多官能(メタ)アクリレート化合物を含む光硬化性組成物を用いると、露光によってパターン形成した後の、アルカリ現像処理において、未硬化部分の組成物が容易に除去され、精度の高いパターン形成が可能になることを見出し、本発明を完成させた。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have conducted intensive research, and as a microlens forming material, a metal oxide particle coated with silicon dioxide, which contains silicon atoms with respect to all metal elements present on the surface of the particle. When a photocurable composition containing metal oxide particles having a ratio of 20 atomic% or more and a polyfunctional (meth) acrylate compound is used, the composition of the uncured portion in the alkali development treatment after pattern formation by exposure The inventors have found that objects can be easily removed and that a highly accurate pattern can be formed, and the present invention has been completed.
本発明は、下記の固体撮像素子用組成物及びマイクロレンズアレイの製造方法を提供する。
1.下記成分(A)〜(D):
(A)粒子表面に存在する金属原子の総量を100原子%としたときに、粒子表面に存在するケイ素原子の割合が20原子%以上である粒子
(B)2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物
(C)光重合開始剤
(D)有機溶剤
を含有する固体撮像素子用組成物。
2.前記(A)の粒子の粒子径が3〜100nmで屈折率が1.70以上である上記1に記載の固体撮像素子用組成物。
3.前記(A)の粒子が、チタニア、アルミナ及びジルコニアからなる群から選択される金属酸化物を主成分とし、二酸化ケイ素が表面に存在する粒子である上記1又は2に記載の固体撮像素子用組成物。
4.前記(A)の粒子が重合性不飽和基を有する粒子である上記1〜3のいずれかに記載の固体撮像素子用組成物。
5.前記(A)の粒子が有する重合性不飽和基が、下記式(11)に示す構造を含む基である上記4に記載の固体撮像素子用組成物。
6.前記(B)の2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物が、3個以上の(メタ)アクルロイル基を有する化合物である上記1〜5のいずれかに記載の固体撮像素子用組成物。
7.前記(D)有機溶剤が、120℃以上の沸点を有する有機溶剤である上記1〜6のいずれかに記載の固体撮像素子用組成物。
8.前記(D)有機溶剤が、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドンからなる群から選択される1種以上である上記7に記載の固体撮像素子用組成物。
9.さらに、(E)界面活性剤を含有する上記1〜6のいずれかに記載の固体撮像素子用組成物。
10.前記(E)界面活性剤が、フッ素又はシリコン、あるいは両方を含有するノニオン系界面活性剤から選択される上記9に記載の固体撮像素子用組成物。
11.固体撮像素子の表面レンズ、層内レンズ又は高屈折率層形成用である上記1〜10のいずれかに記載の固体撮像素子用組成物。
12.上記1〜10のいずれかに記載の固体撮像素子用組成物を基材上に塗布し、露光してパターン形成し、アルカリ現像液に浸漬した後、水で洗浄することを含むマイクロレンズアレイの製造方法。
13.前記アルカリ現像液のアルカリ成分の濃度が、0.01〜5重量%の範囲内である上記12に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
The present invention provides the following composition for a solid-state imaging device and a method for producing a microlens array.
1. The following components (A) to (D):
(A) When the total amount of metal atoms present on the particle surface is 100 atomic%, the ratio of silicon atoms present on the particle surface is 20 atomic% or more. (B) Two or more (meth) acryloyl groups A composition for a solid-state imaging device comprising a compound (C) having a photopolymerization initiator (D) and an organic solvent.
2. 2. The composition for a solid-state imaging device as described in 1 above, wherein the particle size of the particle (A) is 3 to 100 nm and the refractive index is 1.70 or more.
3. 3. The composition for a solid-state imaging device according to 1 or 2 above, wherein the particles (A) are particles mainly composed of a metal oxide selected from the group consisting of titania, alumina, and zirconia, and silicon dioxide is present on the surface. object.
4). 4. The composition for a solid-state imaging device as described in any one of 1 to 3 above, wherein the particle (A) is a particle having a polymerizable unsaturated group.
5. 5. The composition for a solid-state imaging device according to 4 above, wherein the polymerizable unsaturated group contained in the particle (A) is a group including a structure represented by the following formula (11).
6). The composition for a solid-state imaging device as described in any one of 1 to 5 above, wherein the compound having two or more (meth) acryloyl groups in (B) is a compound having three or more (meth) acryloyl groups.
7). The composition for a solid-state imaging device as described in any one of 1 to 6 above, wherein the (D) organic solvent is an organic solvent having a boiling point of 120 ° C. or higher.
8). 8. The composition for a solid-state imaging device as described in 7 above, wherein the organic solvent (D) is at least one selected from the group consisting of ethyl lactate, γ-butyrolactone, and N-methylpyrrolidone.
9. Furthermore, the composition for solid-state image sensors in any one of said 1-6 containing (E) surfactant.
10. 10. The composition for a solid-state imaging device as described in 9 above, wherein the (E) surfactant is selected from nonionic surfactants containing fluorine, silicon, or both.
11. 11. The composition for a solid-state imaging device as described in any one of 1 to 10 above, which is for forming a surface lens, an in-layer lens or a high refractive index layer of the solid-state imaging device.
12 A microlens array comprising: applying the composition for a solid-state imaging device according to any one of 1 to 10 above onto a substrate; exposing to pattern formation; immersing in an alkali developer; and washing with water. Production method.
13. 13. The method for producing a microlens array as described in 12 above, wherein the concentration of the alkali component in the alkali developer is in the range of 0.01 to 5% by weight.
本発明によれば、屈折率が高く、アルカリ現像性に優れた固体撮像素子用組成物が提供される。
本発明によれば、屈折率が高く、精度の高いパターンを有するマイクロレンズアレイを製造できる。
According to the present invention, a composition for a solid-state imaging device having a high refractive index and excellent alkali developability is provided.
According to the present invention, a microlens array having a high refractive index and a highly accurate pattern can be manufactured.
I.固体撮像素子用組成物
本発明の固体撮像素子用組成物(以下、本発明の組成物という)は、下記成分(A)〜(F)を含有しうる。尚、本明細書中における「屈折率」とは波長589nm、23℃で測定した屈折率を意味する。本明細書において「高屈折率材料」とは、1.68以上の屈折率を有する材料を意味する。
これらのうち、成分(A)〜(D)は必須成分であり、(E)〜(F)は必要に応じて添加する任意成分である。
(A)粒子表面に存在する金属原子の総量を100原子%としたときに、粒子表面に存在するケイ素原子の割合が20原子%以上である粒子
(B)2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物
(C)光重合開始剤
(D)有機溶剤
(E)界面活性剤
(F)添加剤
以下、本発明の材料を構成する各成分について説明する。
I. The composition for solid-state image sensors The composition for solid-state image sensors of this invention (henceforth the composition of this invention) may contain the following component (A)-(F). In the present specification, “refractive index” means a refractive index measured at a wavelength of 589 nm and 23 ° C. In the present specification, the “high refractive index material” means a material having a refractive index of 1.68 or more.
Among these, components (A) to (D) are essential components, and (E) to (F) are optional components to be added as necessary.
(A) When the total amount of metal atoms present on the particle surface is 100 atomic%, the ratio of silicon atoms present on the particle surface is 20 atomic% or more. (B) Two or more (meth) acryloyl groups (C) Photopolymerization initiator (D) Organic solvent (E) Surfactant (F) additive Each component constituting the material of the present invention will be described below.
(A)粒子表面に存在する金属原子の総量を100原子%としたときに、粒子表面に存在するケイ素原子の割合が20原子%以上である粒子
成分(A)である粒子は、本発明の材料をパターニングした際に、現像及び洗浄処理において、未硬化部分が容易に除去されるという本発明の効果を得るために必須の成分である。
(A) When the total amount of metal atoms present on the particle surface is 100 atomic%, the ratio of silicon atoms present on the particle surface is 20 atomic% or more. When the material is patterned, it is an essential component for obtaining the effect of the present invention that uncured portions are easily removed in the development and washing processes.
本発明の組成物は、金属酸化物粒子表面に20原子%以上という高濃度で二酸化ケイ素(等電点pH=2)を有していることにより、粒子表面の電荷を制御することができ、現像の際に速やかにアルカリ現像液によって分散状態となり、水等でリンスしたときに、容易に未硬化部分を除去することが可能となる。この時、粒子表面の等電点と現像液のpHは離れている方が、粒子が分散しやすい。
例えば、酸化チタンの等電点はpH=7であるため、アルカリ現像液(pH=10)に浸漬しても粒子分散が困難である(現像できない)。一方、酸化チタンを二酸化ケイ素で被覆し、粒子表面のケイ素原子の割合を調整することにより等電点を下げることで、アルカリ現像液に分散し、現像が可能になる。
Since the composition of the present invention has silicon dioxide (isoelectric point pH = 2) at a high concentration of 20 atomic% or more on the surface of the metal oxide particle, the charge on the particle surface can be controlled, During development, the dispersion is quickly dispersed with an alkaline developer, and the uncured portion can be easily removed when rinsed with water or the like. At this time, the particles are more easily dispersed when the isoelectric point on the particle surface is away from the pH of the developer.
For example, since the isoelectric point of titanium oxide is pH = 7, it is difficult to disperse particles (cannot be developed) even when immersed in an alkaline developer (pH = 10). On the other hand, titanium oxide is coated with silicon dioxide and the isoelectric point is lowered by adjusting the ratio of silicon atoms on the surface of the particles, so that it can be dispersed in an alkali developer and developed.
(1)粒子
成分(A)の粒子は、粒子径が3〜100nmであることが好ましく、5〜20nmであることがより好ましい。また、粒子の屈折率は目的に応じて適宜選択すべきであるが、高屈折率を必要とする場合には1.70以上であることが好ましく、2.0以上であることがより好ましい。
成分(A)の粒子は、金属酸化物を主成分とする粒子(以下、金属酸化物粒子という)であることが好ましく、チタニア、アルミナ及びジルコニアからなる群から選択される金属酸化物を主成分とし、二酸化ケイ素で表面が被覆された粒子であることがより好ましく、チタニアを主成分とし、二酸化ケイ素で表面が被覆された粒子であることが高屈折率の観点から特に好ましい。本願において、「二酸化ケイ素で表面が被覆された」とは粒子表面が完全に二酸化ケイ素で覆われている必要はなく、粒子表面に二酸化ケイ素が露出している状態であればよい。
成分(A)の粒子は、1種単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
(1) Particles The particles of the component (A) preferably have a particle diameter of 3 to 100 nm, and more preferably 5 to 20 nm. Further, the refractive index of the particles should be appropriately selected according to the purpose, but when a high refractive index is required, it is preferably 1.70 or more, and more preferably 2.0 or more.
The particles of the component (A) are preferably particles having a metal oxide as a main component (hereinafter referred to as metal oxide particles), and a metal oxide selected from the group consisting of titania, alumina and zirconia as a main component. And particles having a surface coated with silicon dioxide are more preferable, and particles having titania as a main component and the surface coated with silicon dioxide are particularly preferable from the viewpoint of high refractive index. In the present application, “the surface is covered with silicon dioxide” does not require that the particle surface is completely covered with silicon dioxide, but may be any state as long as silicon dioxide is exposed on the particle surface.
The particle | grains of a component (A) may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types.
(2)二酸化ケイ素による粒子の被覆
金属酸化物粒子を二酸化ケイ素で被覆する方法は、公知の方法、例えば、特開2003−112923号公報、特開平8−48940号公報に記載の方法を用いることができる。
具体的には、金属酸化物粒子を0.1〜10重量%になるように水に分散させる。この分散液に水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物、アンモニア、4級アミン等の塩基性窒素化合物を添加し、pHを9〜12に調整する。分散液の温度を50〜100℃に調整し、ここに、シリカ源としてケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩を、連続的にまたは断続的に添加して前記金属酸化物粒子表面に析出させ二酸化ケイ素被覆の金属酸化物粒子を得る。得られた二酸化ケイ素被覆の金属酸化物粒子は必要に応じて、加熱熟成、洗浄、濃縮、乾燥を行うことも好ましい。
(2) Coating of particles with silicon dioxide As a method of coating metal oxide particles with silicon dioxide, a known method, for example, a method described in JP-A Nos. 2003-112923 and 8-48940 is used. Can do.
Specifically, the metal oxide particles are dispersed in water so as to be 0.1 to 10% by weight. To this dispersion is added a metal hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, a basic nitrogen compound such as ammonia or quaternary amine, and the pH is adjusted to 9-12. The temperature of the dispersion is adjusted to 50 to 100 ° C., and an alkali metal silicate such as sodium silicate or potassium silicate as a silica source is added continuously or intermittently to the metal oxide particles. It is deposited on the surface to obtain metal oxide particles coated with silicon dioxide. The obtained silicon dioxide-coated metal oxide particles are preferably subjected to heat aging, washing, concentration, and drying as necessary.
粒子表面のケイ素原子の割合を調節するには、被覆する二酸化ケイ素の量を調節すればよく、例えば、上記の方法で、添加するアルカリ金属ケイ酸塩の量を調節すればよい。 In order to adjust the ratio of silicon atoms on the particle surface, the amount of silicon dioxide to be coated may be adjusted. For example, the amount of alkali metal silicate to be added may be adjusted by the above method.
(3)粒子表面に存在するケイ素原子の割合
粒子表面に存在するケイ素原子の割合は、次のようにして測定することができる。即ち、粒子分散液を乳酸エチルで5〜15重量%に希釈し、スピン塗布し、乾燥した塗膜についてX線光電子分光分析法(XPS、ESCAともいう)で元素分析を行う(測定角度:45度)。
粒子表面に存在する金属原子の総量を100原子%としたときに、粒子表面に存在するケイ素原子の割合は20原子%以上であることが好ましく、30原子%以上であることがより好ましい。粒子表面に存在するケイ素原子の割合が20原子%より少ないと、粒子の現像液への分散性が低下するおそれがある。
また、粒子表面に存在するケイ素原子の割合の上限は、特に限定されないが、高屈折率が要求される場合には、金属酸化物粒子表面への二酸化ケイ素の被覆が可能な限度量によって自ずと定まり、通常は70原子%程度であり、好ましくは60原子%程度である。
(3) Ratio of silicon atoms present on the particle surface The ratio of silicon atoms present on the particle surface can be measured as follows. That is, the particle dispersion was diluted with ethyl lactate to 5 to 15% by weight, spin-coated, and the dried coating film was subjected to elemental analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (also referred to as XPS or ESCA) (measurement angle: 45). Every time).
When the total amount of metal atoms present on the particle surface is 100 atomic%, the proportion of silicon atoms present on the particle surface is preferably 20 atomic% or more, and more preferably 30 atomic% or more. If the proportion of silicon atoms present on the particle surface is less than 20 atomic%, the dispersibility of the particles in the developer may be reduced.
In addition, the upper limit of the ratio of silicon atoms present on the particle surface is not particularly limited, but when a high refractive index is required, it is naturally determined by the limit amount that can cover the surface of the metal oxide particles with silicon dioxide. Usually, it is about 70 atomic%, preferably about 60 atomic%.
(4)成分(A)の粒子は、重合性不飽和基を有する粒子(以下、反応性粒子という)であってもよい。
成分(A)の粒子が有する重合性不飽和基は、加水分解によってシラノール基を生成する基と重合性不飽和基を含有する化合物(以下、「シランカップリング剤」ということもある。)で処理することで導入することができる。また、前記シランカップリング剤は下記式(11)で示される基を含んでいてもよい。
The polymerizable unsaturated group contained in the component (A) particles is a compound containing a group that generates a silanol group by hydrolysis and a polymerizable unsaturated group (hereinafter sometimes referred to as “silane coupling agent”). It can be introduced by processing. The silane coupling agent may contain a group represented by the following formula (11).
(5)シランカップリング剤
本発明に用いられるシランカップリング剤は、重合性不飽和基を含む化合物であること及び分子内にシラノール基を有する化合物又は加水分解によってシラノール基を生成する化合物である。本発明に使用されるシランカップリング剤は、市販のものが使用できる。また、後述の方法でも得ることができる。
(5) Silane coupling agent The silane coupling agent used in the present invention is a compound containing a polymerizable unsaturated group and a compound having a silanol group in the molecule or a compound that generates a silanol group by hydrolysis. . Commercially available silane coupling agents can be used in the present invention. It can also be obtained by the method described below.
(i)重合性不飽和基
シランカップリング剤に含まれる重合性不飽和基としては特に制限はないが、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、プロペニル基、ブタジエニル基、スチリル基、エチニル基、シンナモイル基、マレエート基、アクリルアミド基を好適例として挙げることができる。
この重合性不飽和基は、活性ラジカル種により付加重合をする構成単位である。
(I) Polymerizable unsaturated group Although there is no restriction | limiting in particular as a polymerizable unsaturated group contained in a silane coupling agent, For example, an acryloyl group, a methacryloyl group, a vinyl group, a propenyl group, a butadienyl group, a styryl group, an ethynyl group A cinnamoyl group, a maleate group and an acrylamide group can be mentioned as preferred examples.
This polymerizable unsaturated group is a structural unit that undergoes addition polymerization with active radical species.
(ii)シラノール基又は加水分解によってシラノール基を生成する基
シランカップリング剤は、分子内にシラノール基を有する化合物(以下、「シラノール基含有化合物」ということがある)又は加水分解によってシラノール基を生成する化合物(以下、「シラノール基生成化合物」ということがある)であることが好ましい。このようなシラノール基生成化合物としては、ケイ素原子上にアルコキシ基、アリールオキシ基、アセトキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等を有する化合物を挙げることができるが、ケイ素原子上にアルコキシ基又はアリールオキシ基を含む化合物、即ち、アルコキシシリル基含有化合物又はアリールオキシシリル基含有化合物が好ましい。
シラノール基又はシラノール基生成化合物のシラノール基生成部位は、縮合反応又は加水分解に続いて生じる縮合反応によって、酸化物粒子と結合する構成単位である。
(Ii) A silanol group or a group that generates a silanol group by hydrolysis A silane coupling agent is a compound having a silanol group in the molecule (hereinafter sometimes referred to as “silanol group-containing compound”) or a silanol group by hydrolysis. It is preferably a compound to be generated (hereinafter sometimes referred to as “silanol group-generating compound”). Examples of such a silanol group-forming compound include compounds having an alkoxy group, aryloxy group, acetoxy group, amino group, halogen atom, etc. on the silicon atom, but an alkoxy group or aryloxy group on the silicon atom. In other words, an alkoxysilyl group-containing compound or an aryloxysilyl group-containing compound is preferable.
The silanol group-generating site of the silanol group or the silanol group-generating compound is a structural unit that binds to the oxide particles by a condensation reaction or a condensation reaction that occurs following hydrolysis.
(iii)式(11)に示す基
シランカップリング剤は、分子内に前記式(11)に示す基をさらに含むものであることが好ましい。前記式(11)に示す基[−X−C(=Y)−NH−]は、具体的には、[−O−C(=O)−NH−]、[−O−C(=S)−NH−]、[−S−C(=O)−NH−]、[−NH−C(=O)−NH−]、[−NH−C(=S)−NH−]、及び[−S−C(=S)−NH−]の6種である。これらの基は、1種単独で又は2種以上を組合わせて用いることができる。中でも、熱安定性の観点から、[−O−C(=O)−NH−]基と、[−O−C(=S)−NH−]基及び[−S−C(=O)−NH−]基の少なくとも1とを併用することが好ましい。
前記式(11)に示す基[−X−C(=Y)−NH−]は、分子間において水素結合による適度の凝集力を発生させ、硬化物にした場合、優れた機械的強度、基材との密着性及び耐熱性等の特性を付与せしめるものと考えられる。
(Iii) Group represented by Formula (11) The silane coupling agent preferably further includes a group represented by Formula (11) in the molecule. Specific examples of the group [—X—C (═Y) —NH—] represented by the formula (11) include [—O—C (═O) —NH—], [—O—C (═S). ) —NH—], [—S—C (═O) —NH—], [—NH—C (═O) —NH—], [—NH—C (═S) —NH—], and [ -S-C (= S) -NH-]. These groups can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. Among them, from the viewpoint of thermal stability, [—O—C (═O) —NH—] group, [—O—C (═S) —NH—] group and [—S—C (═O) — It is preferable to use in combination with at least one of the NH— groups.
The group [—X—C (═Y) —NH—] represented by the formula (11) generates an appropriate cohesive force due to hydrogen bonding between molecules, and has excellent mechanical strength and group when cured. It is considered that it gives properties such as adhesion to the material and heat resistance.
(iv)好ましい態様
シランカップリング剤の好ましい具体例としては、例えば、下記式(12)に示す化合物を挙げることができる。
(Iv) Preferred Embodiment As a preferred specific example of the silane coupling agent, for example, a compound represented by the following formula (12) can be mentioned.
R19、R20は、同一でも異なっていてもよく、水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基若しくはアリール基であり、aは1、2又は3の数を示す。
R19、R20の例として、メチル、エチル、プロピル、ブチル、オクチル、フェニル、キシリル基等を挙げることができる。
R 19 and R 20 may be the same or different, and are a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group, and a represents a number of 1, 2 or 3.
Examples of R 19 and R 20 include methyl, ethyl, propyl, butyl, octyl, phenyl, xylyl groups and the like.
[(R19O)aR20 3-aSi−]で示される基としては、例えば、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、トリフェノキシシリル基、メチルジメトキシシリル基、ジメチルメトキシシリル基等を挙げることができる。このような基のうち、トリメトキシシリル基又はトリエトキシシリル基等が好ましい。 Examples of the group represented by [(R 19 O) a R 20 3-a Si—] include a trimethoxysilyl group, a triethoxysilyl group, a triphenoxysilyl group, a methyldimethoxysilyl group, a dimethylmethoxysilyl group, and the like. Can be mentioned. Of these groups, a trimethoxysilyl group or a triethoxysilyl group is preferable.
R21は炭素数1〜12の脂肪族又は芳香族構造を有する2価の有機基であり、鎖状、分岐状又は環状の構造を含んでいてもよい。そのような有機基としては例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ヘキサメチレン、シクロヘキシレン、フェニレン、キシリレン、ドデカメチレン等を挙げることができる。これらのうち好ましい例は、メチレン、プロピレン、シクロヘキシレン、フェニレン等である。 R 21 is a divalent organic group having an aliphatic or aromatic structure having 1 to 12 carbon atoms and may contain a chain, branched or cyclic structure. Examples of such an organic group include methylene, ethylene, propylene, butylene, hexamethylene, cyclohexylene, phenylene, xylylene, and dodecamethylene. Among these, preferred examples are methylene, propylene, cyclohexylene, phenylene and the like.
また、R22は2価の有機基であり、通常、分子量14から1万、好ましくは、分子量76から500の2価の有機基の中から選ばれる。例えば、ヘキサメチレン、オクタメチレン、ドデカメチレン等の鎖状ポリアルキレン基;シクロヘキシレン、ノルボルニレン等の脂環式又は多環式の2価の有機基;フェニレン、ナフチレン、ビフェニレン、ポリフェニレン等の2価の芳香族基;及びこれらのアルキル基置換体、アリール基置換体を挙げることができる。また、これら2価の有機基は炭素及び水素原子以外の元素を含む原子団を含んでいてもよく、ポリエーテル結合、ポリエステル結合、ポリアミド結合、ポリカーボネート結合、さらには前記式(11)に示す基を含むこともできる。 R 22 is a divalent organic group, and is usually selected from divalent organic groups having a molecular weight of 14 to 10,000, preferably a molecular weight of 76 to 500. For example, chain polyalkylene groups such as hexamethylene, octamethylene, dodecamethylene; alicyclic or polycyclic divalent organic groups such as cyclohexylene and norbornylene; divalent groups such as phenylene, naphthylene, biphenylene and polyphenylene Aromatic group; and these alkyl group-substituted and aryl group-substituted products. Further, these divalent organic groups may contain an atomic group containing an element other than carbon and hydrogen atoms, and include a polyether bond, a polyester bond, a polyamide bond, a polycarbonate bond, and a group represented by the formula (11). Can also be included.
R23は(b+1)価の有機基であり、好ましくは鎖状、分岐状又は環状の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基の中から選ばれる。 R 23 is a (b + 1) -valent organic group, preferably selected from a chain, branched or cyclic saturated hydrocarbon group and unsaturated hydrocarbon group.
Zは活性ラジカル種の存在下、分子間架橋反応をする重合性不飽和基を分子中に有する1価の有機基を示す。例えば、アクリロイル(オキシ)基、メタアクリロイル(オキシ)基、ビニル(オキシ)基、プロペニル(オキシ)基、ブタジエニル(オキシ)基、スチリル(オキシ)基、エチニル(オキシ)基、シンナモイル(オキシ)基、マレエート基、アクリルアミド基、メタアクリルアミド基等を挙げることができる。これらの中でアクリロイル(オキシ)基及びメタアクリロイル(オキシ)基が好ましい。また、bは好ましくは1〜20の正の整数であり、さらに好ましくは1〜10、特に好ましくは1〜5である。 Z represents a monovalent organic group having a polymerizable unsaturated group in the molecule that undergoes an intermolecular crosslinking reaction in the presence of an active radical species. For example, acryloyl (oxy) group, methacryloyl (oxy) group, vinyl (oxy) group, propenyl (oxy) group, butadienyl (oxy) group, styryl (oxy) group, ethynyl (oxy) group, cinnamoyl (oxy) group , Maleate group, acrylamide group, methacrylamide group and the like. Among these, an acryloyl (oxy) group and a methacryloyl (oxy) group are preferable. Further, b is preferably a positive integer of 1 to 20, more preferably 1 to 10, and particularly preferably 1 to 5.
本発明で用いられるシランカップリング剤の合成は、例えば、特開平9−100111号公報に記載された方法を用いることができる。即ち、(イ)メルカプトアルコキシシランと、ポリイソシアネート化合物と、活性水素基含有重合性不飽和化合物との付加反応により行うことができる。また、(ロ)分子中にアルコキシシリル基及びイソシアネート基を有する化合物と、活性水素含有重合性不飽和化合物との直接的反応により行うことができる。さらに、(ハ)分子中に重合性不飽和基及びイソシアネート基を有する化合物と、メルカプトアルコキシシラン又はアミノシランとの付加反応により直接合成することもできる。 For the synthesis of the silane coupling agent used in the present invention, for example, a method described in JP-A-9-100111 can be used. That is, (i) it can be carried out by an addition reaction of a mercaptoalkoxysilane, a polyisocyanate compound, and an active hydrogen group-containing polymerizable unsaturated compound. (B) The reaction can be carried out by a direct reaction between a compound having an alkoxysilyl group and an isocyanate group in the molecule and an active hydrogen-containing polymerizable unsaturated compound. Furthermore, (c) it can also be directly synthesized by an addition reaction of a compound having a polymerizable unsaturated group and an isocyanate group in the molecule with mercaptoalkoxysilane or aminosilane.
前記式(12)に示す化合物を合成するためには、これらの方法のうち(イ)が好適に用いられる。より詳細には、例えば、
(a)法;まずメルカプトアルコキシシランとポリイソシアネート化合物とを反応させることで、分子中にアルコキシシリル基、[−S−C(=O)−NH−]基及びイソシアネート基を含む中間体を形成し、次に中間体中に残存するイソシアネートに対して活性水素含有重合性不飽和化合物を反応させて、この不飽和化合物を[−O−C(=O)−NH−]基を介して結合させる方法、
(b)法;まずポリイソシアネート化合物と活性水素含有重合性不飽和化合物とを反応させることで分子中に重合性不飽和基、[−O−C(=O)−NH−]基、及びイソシアネート基を含む中間体を形成し、これにメルカプトアルコキシシランを反応させてこのメルカプトアルコキシシランを[−S−C(=O)−NH−]基を介して結合させる方法、
等を挙げることができる。さらに両者の中では、マイケル付加反応による重合性不飽和基の減少がない点で(a)法が好ましい。
In order to synthesize the compound represented by the formula (12), (a) is preferably used among these methods. More specifically, for example,
Method (a): First, a mercaptoalkoxysilane and a polyisocyanate compound are reacted to form an intermediate containing an alkoxysilyl group, [—S—C (═O) —NH—] group and an isocyanate group in the molecule. Next, an active hydrogen-containing polymerizable unsaturated compound is reacted with the isocyanate remaining in the intermediate, and this unsaturated compound is bonded via a [—O—C (═O) —NH—] group. How to
Method (b): First, a polyisocyanate compound and an active hydrogen-containing polymerizable unsaturated compound are reacted to form a polymerizable unsaturated group, [—O—C (═O) —NH—] group, and isocyanate in the molecule. Forming an intermediate containing a group, reacting this with a mercaptoalkoxysilane, and bonding the mercaptoalkoxysilane via a [—S—C (═O) —NH—] group,
Etc. Further, among them, the method (a) is preferable in that there is no decrease in polymerizable unsaturated groups due to the Michael addition reaction.
前記式(12)に示す化合物の合成において、イソシアネート基との反応により[−S−C(=O)−NH−]基を形成することができるアルコキシシランの例としては、アルコキシシリル基とメルカプト基を分子中にそれぞれ1個以上有する化合物を挙げることができる。このようなメルカプトアルコキシシランとしては、例えば、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、メルカプトプロピルジメトキシメチルシラン、メルカプトプロピルメトキシジメチルシラン、メルカプトプロピルトリフェノキシシシラン、メルカプトプロピルトリブトキシシシラン等を挙げることができる。これらの中では、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシランが好ましい。また、アミノ置換アルコキシシランとエポキシ基置換メルカプタンとの付加生成物、エポキシシランとα,ω−ジメルカプト化合物との付加生成物を利用することもできる。 In the synthesis of the compound represented by the formula (12), examples of alkoxysilane capable of forming a [—S—C (═O) —NH—] group by reaction with an isocyanate group include an alkoxysilyl group and a mercapto group. Mention may be made of compounds each having one or more groups in the molecule. Examples of such mercaptoalkoxysilane include mercaptopropyltrimethoxysilane, mercaptopropyltriethoxysilane, mercaptopropylmethyldiethoxysilane, mercaptopropyldimethoxymethylsilane, mercaptopropylmethoxydimethylsilane, mercaptopropyltriphenoxy silane, mercapto Mention may be made of propyltributoxysilane. Among these, mercaptopropyltrimethoxysilane and mercaptopropyltriethoxysilane are preferable. Moreover, an addition product of an amino-substituted alkoxysilane and an epoxy group-substituted mercaptan and an addition product of an epoxysilane and an α, ω-dimercapto compound can also be used.
シランカップリング剤を合成する際に用いられるポリイソシアネ−ト化合物としては鎖状飽和炭化水素、環状飽和炭化水素、芳香族炭化水素で構成されるポリイソシアネ−ト化合物の中から選ぶことができる。 The polyisocyanate compound used for synthesizing the silane coupling agent can be selected from polyisocyanate compounds composed of chain saturated hydrocarbons, cyclic saturated hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons.
このようなポリイソシアネ−ト化合物の例としては、例えば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、1,3−キシリレンジイソシアネート、1,4−キシリレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルフェニレンジイソシアネート、4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、1,6−ヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネート)、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス(2−イソシアネートエチル)フマレート、6−イソプロピル−1,3−フェニルジイソシアネート、4−ジフェニルプロパンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、2,5(又は6)−ビス(イソシアネートメチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン等を挙げることができる。これらの中で、2,4−トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネート)、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、等が好ましい。これらは1種単独で又は2種以上を組合わせて用いることができる。 Examples of such polyisocyanate compounds include, for example, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 1,3-xylylene diisocyanate, 1,4-xylylene diisocyanate, 1,5- Naphthalene diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, 3,3′-dimethyl-4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 3,3′-dimethylphenylene diisocyanate, 4,4′- Biphenylene diisocyanate, 1,6-hexane diisocyanate, isophorone diisocyanate, methylene bis (4-cyclohexyl isocyanate), 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, bis (2-isocyanate ester) F) Fumarate, 6-isopropyl-1,3-phenyl diisocyanate, 4-diphenylpropane diisocyanate, lysine diisocyanate, hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, tetramethylxylylene diisocyanate, 2,5 ( Or 6) -bis (isocyanatomethyl) -bicyclo [2.2.1] heptane and the like. Among these, 2,4-tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, xylylene diisocyanate, methylene bis (4-cyclohexyl isocyanate), 1,3-bis (isocyanate methyl) cyclohexane, and the like are preferable. These can be used singly or in combination of two or more.
シランカップリング剤の合成において、前記ポリイソシアネート化合物と付加反応により[−O−C(=O)−NH−]基を介し結合できる活性水素含有重合性不飽和化合物の例としては、分子内にイソシアネート基との付加反応により[−O−C(=O)−NH−]基を形成できる活性水素原子を1個以上有しかつ重合性不飽和基を1個以上含む化合物を挙げることができる。 In the synthesis of a silane coupling agent, as an example of an active hydrogen-containing polymerizable unsaturated compound that can be bonded to the polyisocyanate compound via an [—O—C (═O) —NH—] group by an addition reaction, Mention may be made of compounds having at least one active hydrogen atom capable of forming a [—O—C (═O) —NH—] group by addition reaction with an isocyanate group and at least one polymerizable unsaturated group. .
これらの活性水素含有重合性不飽和化合物としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェニルオキシプロピル(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリロイルフォスフェート、4−ヒドロキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオ−ルモノ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールモノ(メタ)アクリレート、トリメチロ−ルプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロ−ルエタンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスルトールペンタ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。また、アルキルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基含有化合物と、(メタ)アクリル酸との付加反応により得られる化合物を用いることができる。これらの化合物の中では、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等が好ましい。
これらの化合物は1種単独で又は2種以上の混合物として用いることができる。
Examples of these active hydrogen-containing polymerizable unsaturated compounds include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, and 2-hydroxy-3-phenyloxy. Propyl (meth) acrylate, 1,4-butanediol mono (meth) acrylate, 2-hydroxyalkyl (meth) acryloyl phosphate, 4-hydroxycyclohexyl (meth) acrylate, 1,6-hexanediol mono (meth) acrylate, Neopentyl glycol mono (meth) acrylate, trimethylolpropane di (meth) acrylate, trimethylolethanedi (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, dipentaerythritol penta ( Data) acrylate, and the like can be mentioned. Moreover, the compound obtained by addition reaction with glycidyl group containing compounds, such as alkyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, and glycidyl (meth) acrylate, and (meth) acrylic acid can be used. Among these compounds, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate and the like are preferable.
These compounds can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
(6)成分(A)の粒子(以下、単に粒子ということがある)の表面処理方法
粒子の表面処理方法としては特に制限はないが、加水分解性ケイ素化合物又はシランカップリング剤(以下、表面処理剤ともいう)と粒子とを混合し、加熱、攪拌処理することにより製造することも可能である。尚、表面処理剤が有するシラノール基生成部位と、粒子とを効率よく結合させるため、反応は水の存在下で行われることが好ましい。ただし、表面処理剤がシラノール基を有している場合は水がなくてもよい。従って、粒子及び表面処理剤を少なくとも混合する操作を含む方法により表面処理できる。
(6) Surface treatment method for component (A) particles (hereinafter sometimes simply referred to as particles) The surface treatment method for particles is not particularly limited, but is a hydrolyzable silicon compound or silane coupling agent (hereinafter referred to as surface). It is also possible to produce the mixture by mixing particles with a treating agent) and heating and stirring. The reaction is preferably carried out in the presence of water in order to efficiently combine the silanol group-generating site of the surface treatment agent with the particles. However, when the surface treatment agent has a silanol group, there is no need for water. Therefore, the surface treatment can be performed by a method including an operation of mixing at least the particles and the surface treatment agent.
粒子と表面処理剤の反応量は、粒子及びシランカップリング剤の合計を100重量%として、好ましくは0.01重量%以上であり、さらに好ましくは0.1重量%以上、特に好ましくは1重量%以上である。0.01重量%未満であると、組成物中における粒子の分散性が十分でなく、得られる硬化物の透明性、耐擦傷性が十分でなくなる場合がある。 The reaction amount of the particles and the surface treatment agent is preferably 0.01% by weight or more, more preferably 0.1% by weight or more, particularly preferably 1% by weight, with the total of the particles and the silane coupling agent being 100% by weight. % Or more. If it is less than 0.01% by weight, the dispersibility of the particles in the composition is not sufficient, and the transparency and scratch resistance of the resulting cured product may not be sufficient.
表面処理時において表面処理剤中のアルコキシシラン化合物の加水分解で消費される水の量は、1分子中のケイ素上のアルコキシ基の少なくとも1個が加水分解される量であればよい。好ましくは加水分解の際に添加、又は存在する水の量は、ケイ素上の全アルコキシ基のモル数に対し3分の1以上であり、さらに好ましくは全アルコキシ基のモル数の2分の1以上3倍未満である。完全に水分の存在しない条件下でアルコキシシラン化合物と粒子とを混合して得られる生成物は、粒子表面にアルコキシシラン化合物が物理吸着した生成物であり、そのような成分から構成される粒子を含有する組成物の硬化物においては、高硬度及び耐擦傷性の発現の効果は低い。 The amount of water consumed by hydrolysis of the alkoxysilane compound in the surface treatment agent at the time of the surface treatment may be an amount by which at least one alkoxy group on silicon in one molecule is hydrolyzed. Preferably, the amount of water added or present during hydrolysis is at least one third of the number of moles of all alkoxy groups on the silicon, more preferably one half of the number of moles of all alkoxy groups. It is less than 3 times. The product obtained by mixing the alkoxysilane compound and the particles in a completely moisture-free condition is a product in which the alkoxysilane compound is physically adsorbed on the particle surface, and particles composed of such components are not included. In the hardened | cured material of the composition to contain, the effect of expression of high hardness and abrasion resistance is low.
表面処理時においては、表面処理剤を別途加水分解操作に付した後、これと粉体粒子又は粒子の溶剤分散ゾルを混合し、加熱、攪拌操作を行う方法;前記アルコキシシラン化合物の加水分解を粒子の存在下で行う方法;又は、他の成分、例えば、重合開始剤等の存在下、粒子の表面処理を行う方法等を選ぶことができる。この中では、前記アルコキシシラン化合物の加水分解を粒子の存在下で行う方法が好ましい。表面処理時、その温度は、好ましくは0℃以上150℃以下であり、さらに好ましくは20℃以上100℃以下である。また、処理時間は通常5分から24時間の範囲である。 At the time of the surface treatment, after subjecting the surface treatment agent to a separate hydrolysis operation, this is mixed with powder particles or solvent dispersion sol of the particles, followed by heating and stirring operation; hydrolysis of the alkoxysilane compound; A method of performing in the presence of particles; or a method of performing surface treatment of particles in the presence of other components such as a polymerization initiator can be selected. In this, the method of hydrolyzing the said alkoxysilane compound in presence of particle | grains is preferable. During the surface treatment, the temperature is preferably 0 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The processing time is usually in the range of 5 minutes to 24 hours.
表面処理時において、粉体状の粉体を用いる場合、表面処理剤との反応を円滑にかつ均一に行わせることを目的として、有機溶剤を添加してもよい。そのような有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、Y−ブチロラクトン等のエステル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類を挙げることができる。中でも、メタノール、イソプロパノール、ブタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレンが好ましい。
これらの溶剤の添加量は反応を円滑、均一に行わせる目的に合う限り特に制限はない。
In the case of using a powdery powder during the surface treatment, an organic solvent may be added for the purpose of causing the reaction with the surface treatment agent to be performed smoothly and uniformly. Examples of such organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol and octanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate and Y-butyrolactone. Esters such as ethylene glycol monomethyl ether and diethylene glycol monobutyl ether; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; amides such as dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone . Of these, methanol, isopropanol, butanol, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, toluene and xylene are preferred.
The amount of these solvents added is not particularly limited as long as it meets the purpose of carrying out the reaction smoothly and uniformly.
粒子として溶剤分散ゾルを用いる場合、溶剤分散ゾルと、表面処理剤とを少なくとも混合することにより製造することができる。ここで、反応初期の均一性を確保し、反応を円滑に進行させる目的で、水と均一に相溶する有機溶剤を添加してもよい。 When a solvent-dispersed sol is used as the particles, it can be produced by mixing at least a solvent-dispersed sol and a surface treatment agent. Here, an organic solvent which is uniformly compatible with water may be added for the purpose of ensuring the uniformity at the initial stage of the reaction and allowing the reaction to proceed smoothly.
また、表面処理時において、反応を促進するため、触媒として酸、塩又は塩基を添加してもよい。
酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等の無機酸;メタンスルフォン酸、トルエンスルフォン酸、フタル酸、マロン酸、蟻酸、酢酸、蓚酸等の有機酸;メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸等の不飽和有機酸を、塩としては、例えば、テトラメチルアンモニウム塩酸塩、テトラブチルアンモニウム塩酸塩等のアンモニウム塩を、また、塩基としては、例えば、アンモニア水、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジブチルアミン、シクロヘキシルアミン等の1級、2級又は3級脂肪族アミン、ピリジン等の芳香族アミン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウムヒドロキシド類等を挙げることができる。
これらの中で好ましい例は、酸としては、有機酸、不飽和有機酸、塩基としては3級アミン又は4級アンモニウムヒドロキシド、アンモニア水である。
In addition, an acid, a salt or a base may be added as a catalyst to promote the reaction during the surface treatment.
Examples of the acid include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid; organic acids such as methanesulfonic acid, toluenesulfonic acid, phthalic acid, malonic acid, formic acid, acetic acid, and succinic acid; methacrylic acid, acrylic acid, and itacone An unsaturated organic acid such as an acid, as a salt, for example, an ammonium salt such as tetramethylammonium hydrochloride or tetrabutylammonium hydrochloride, and as a base, for example, aqueous ammonia, diethylamine, triethylamine, dibutylamine, Primary, secondary or tertiary aliphatic amines such as cyclohexylamine, aromatic amines such as pyridine, quaternary ammonium hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide Etc. can be mentioned.
Among these, preferable examples of the acid include organic acids and unsaturated organic acids, and the base includes tertiary amines or quaternary ammonium hydroxides and aqueous ammonia.
また、反応を促進するため、脱水剤を添加することも好ましい。
脱水剤としては、ゼオライト、無水シリカ、無水アルミナ等の無機化合物や、オルト蟻酸メチル、オルト蟻酸エチル、テトラエトキシメタン、テトラブトキシメタン等の有機化合物を用いることができる。中でも、有機化合物が好ましく、オルト蟻酸メチル、オルト蟻酸エチル等のオルトエステル類がさらに好ましい。
尚、粒子に結合したアルコキシシラン化合物の量は、通常、乾燥粉体を空気中で完全に燃焼させた場合の重量減少%の恒量値として、空気中で110℃から800℃までの熱重量分析により求めることができる。
In order to accelerate the reaction, it is also preferable to add a dehydrating agent.
As the dehydrating agent, inorganic compounds such as zeolite, anhydrous silica, and anhydrous alumina, and organic compounds such as methyl orthoformate, ethyl orthoformate, tetraethoxymethane, and tetrabutoxymethane can be used. Of these, organic compounds are preferable, and orthoesters such as methyl orthoformate and ethyl orthoformate are more preferable.
The amount of the alkoxysilane compound bonded to the particles is usually a thermogravimetric analysis from 110 ° C. to 800 ° C. in air as a constant value of weight loss% when the dry powder is completely burned in air. It can ask for.
(7)成分(A)の配合量
本発明の組成物中における成分(A)の配合量は、組成物の有機溶剤を除く固形分全量を100重量%としたときに、通常50〜85重量%、好ましくは60〜75重量%、より好ましくは65〜75重量%である。50重量%未満であると、屈折率が低くなるおそれがあり、85重量%を超えると、バインダーとなる樹脂成分低下で成膜性が悪化するおそれがある。
尚、成分(A)が分散液である場合には、上記配合量には分散媒を含まない。また、粒子が重合性不飽和基を有しているか否かにかかわらず、上記配合量である。
(7) Compounding amount of component (A) The compounding amount of component (A) in the composition of the present invention is usually 50 to 85% when the total solid content excluding the organic solvent of the composition is 100% by weight. %, Preferably 60 to 75% by weight, more preferably 65 to 75% by weight. If it is less than 50% by weight, the refractive index may be lowered, and if it exceeds 85% by weight, the film forming property may be deteriorated due to a decrease in the resin component serving as a binder.
In addition, when a component (A) is a dispersion liquid, a dispersion medium is not included in the said compounding quantity. Moreover, it is the said compounding quantity regardless of whether particle | grains have a polymerizable unsaturated group.
(B)2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物
光照射による開始剤の分解で成分(B)が互いに反応し架橋することで、塗膜としての強度を確保するという機能を果たす。具体的には、露光後の現像液に浸漬している間の塗膜の膨潤、粒子の流出を抑制したり、塗膜に耐擦傷性を付与する等の効果が得られる。
(B) Compound having two or more (meth) acryloyl groups The component (B) reacts and crosslinks with the decomposition of the initiator by light irradiation, thereby ensuring the strength of the coating film. Specifically, effects such as suppression of swelling of the coating film and outflow of particles during immersion in the developer after exposure, and imparting scratch resistance to the coating film are obtained.
成分(B)としては、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であれば特に限定されないが、3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であることがこのましい。
このような(メタ)アクリルエステル類としては、例えば、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングルコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングルコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングルコールジ(メタ)アクリレート、ビス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、ビス((メタ)アクリロイルオキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン(「トリシクロデカンジイルジメタノールジ(メタ)アクリレート」とも言う)、及びこれらの化合物を製造する際の出発アルコール類のエチレンオキシド又はプロピレンオキシド付加物のポリ(メタ)アクリレート類、分子内に2以上の(メタ)アクリロイル基を有するオリゴエステル(メタ)アクリレート類、オリゴエーテル(メタ)アクリレート類、オリゴウレタン(メタ)アクリレート類、及びオリゴエポキシ(メタ)アクリレート類等を挙げることができる。
The component (B) is not particularly limited as long as it is a compound having two or more (meth) acryloyl groups, but is preferably a compound having three or more (meth) acryloyl groups.
Examples of such (meth) acrylic esters include tetramethylolmethane tri (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, penta Erythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, glycerin tri (meth) acrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate, ethylene glycol di (Meth) acrylate, 1,3-butanediol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di ( Acrylate), neopentyl glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, bis (2-hydroxyethyl) isocyanate Nurate di (meth) acrylate, bis ((meth) acryloyloxymethyl) tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decane (also referred to as “tricyclodecanediyldimethanol di (meth) acrylate”), and these Poly (meth) acrylates of ethylene oxide or propylene oxide adducts of starting alcohols in the production of the above compounds, oligoesters (meth) acrylates having two or more (meth) acryloyl groups in the molecule, oligoethers (meta Acrylate , Oligourethane (meth) acrylates, oligoepoxy (meth) acrylates, and the like.
成分(B)の市販品の例としては、例えば、ジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサメタアクリレート(アロニックスTO−1786、東亜合成(株)製、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートの混合物(KAYARAD DPHA、日本化薬(株)製)、トリメチロールプロパントリアクリレート(ビスコート♯295、大阪有機化学工業(株)製)、ペンタエリスリトールトリアクリレート(ビスコート♯300、大阪有機化学工業(株)製)、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(SARTOMER SR399E、巴工業(株)製)、テトラメチロールメタントリアクリレート(NK エステル A−TMM−3LM−N、新中村化学工業(株)製)等が挙げられる。
成分(B)の化合物は、1種単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
Examples of commercially available components (B) include, for example, dipentaerythritol penta / hexamethacrylate (Aronix TO-1786, manufactured by Toagosei Co., Ltd., a mixture of dipentaerythritol hexaacrylate and dipentaerythritol pentaacrylate (KAYARAD DPHA, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), trimethylolpropane triacrylate (Biscoat # 295, manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), pentaerythritol triacrylate (Biscoat # 300, manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), Examples include dipentaerythritol pentaacrylate (SARTOMER SR399E, manufactured by Sakai Kogyo Co., Ltd.), tetramethylol methane triacrylate (NK ester A-TMM-3LM-N, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), and the like.
The compound of a component (B) may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types.
(2)成分(B)の配合量
本発明の組成物中における成分(B)の配合量は、組成物の有機溶剤を除く固形分全量を100重量%としたときに、通常10〜50重量%、好ましくは20〜40重量%、より好ましくは20〜30重量%である。10重量%未満であると、現像液浸漬時に塗膜が膨潤・崩壊したり、パターニング性が低下したりするおそれがあり、50重量%を超えると、高屈折率が見込めない場合がある。
(2) Compounding amount of component (B) The compounding amount of component (B) in the composition of the present invention is usually 10 to 50% when the total solid content excluding the organic solvent in the composition is 100% by weight. %, Preferably 20 to 40% by weight, more preferably 20 to 30% by weight. If it is less than 10% by weight, the coating film may swell or collapse when immersed in the developer, or the patterning property may be lowered. If it exceeds 50% by weight, a high refractive index may not be expected.
(C)光重合開始剤
光重合開始剤の添加により、効率的に成分(B)を架橋させることができる。光重合開始剤を添加しない場合、光照射しても架橋反応が起こらず、硬化がほとんど進まず、従って、塗膜としての強度が確保できない上、パターニングが不可能となる。
(C) Photopolymerization initiator By adding the photopolymerization initiator, the component (B) can be efficiently crosslinked. When no photopolymerization initiator is added, the crosslinking reaction does not occur even when irradiated with light, and curing hardly proceeds. Therefore, the strength as a coating film cannot be ensured and patterning becomes impossible.
(1)種類
光重合開始剤は、活性エネルギー線の照射により活性種を発生する化合物であり、活性種としてラジカルを発生する光ラジカル発生剤等が挙げられる。
尚、活性エネルギー線とは、活性種を発生する化合物を分解して活性種を発生させることのできるエネルギー線と定義される。このような活性エネルギー線としては、可視光、紫外線、赤外線、X線、α線、β線、γ線等の光エネルギー線が挙げられる。ただし、一定のエネルギーレベルを有し、硬化速度が速く、しかも照射装置が比較的安価で、小型な観点から、紫外線を使用することが好ましい。
(1) Type The photopolymerization initiator is a compound that generates active species upon irradiation with active energy rays, and examples thereof include a photo radical generator that generates radicals as active species.
The active energy ray is defined as an energy ray capable of decomposing a compound that generates active species to generate active species. Examples of such active energy rays include optical energy rays such as visible light, ultraviolet rays, infrared rays, X-rays, α rays, β rays, and γ rays. However, it is preferable to use ultraviolet rays from the viewpoint of having a certain energy level, a high curing speed, and a relatively inexpensive irradiation apparatus, and a small size.
光ラジカル発生剤の例としては、例えばアセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、アントラキノン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、カルバゾール、キサントン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、1,1−ジメトキシデオキシベンゾイン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、チオキサントン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1−(4−ドデシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルフォリノプロパン−1−オン、トリフェニルアミン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、フルオレノン、フルオレン、ベンズアルデヒド、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、3−メチルアセトフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(tert−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン(BTTB)、2−(ジメチルアミノ)−1−〔4−(モルフォリニル)フェニル〕−2−フェニルメチル)−1−ブタノン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、ベンジル、又はBTTBとキサンテン、チオキサンテン、クマリン、ケトクマリン、その他の色素増感剤との組み合わせ等を挙げることができる。 Examples of the photo radical generator include acetophenone, acetophenone benzyl ketal, anthraquinone, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, carbazole, xanthone, 4-chlorobenzophenone, 4 , 4′-diaminobenzophenone, 1,1-dimethoxydeoxybenzoin, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, thioxanthone, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 1- (4-dodecylphenyl) -2 -Hydroxy-2-methylpropan-1-one, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinopropan-1-one, triphenylamine, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenyl Phosphine oxide, 1-H Roxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, fluorenone, fluorene, benzaldehyde, benzoin ethyl ether, benzoin propyl ether, benzophenone, Michler ketone, 3-methylacetophenone, 3,3 ′, 4,4′-tetra (tert-butylperoxycarbonyl) benzophenone (BTTB), 2- (dimethylamino) -1- [4- (morpholinyl) phenyl] -2-phenylmethyl) -1-butanone, 4-benzoyl -4'-methyldiphenyl sulfide, benzyl, or a combination of BTTB and xanthene, thioxanthene, coumarin, ketocoumarin, and other dye sensitizers.
これらの光重合開始剤のうち、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−(ジメチルアミノ)−1−〔4−(モルフォリニル)フェニル〕−2−フェニルメチル)−1−ブタノン等が好ましく、さらに好ましくは、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−(ジメチルアミノ)−1−〔4−(モルフォリニル)フェニル〕−2−フェニルメチル)−1−ブタノン等を挙げることができる。
これらの光ラジカル発生剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Among these photopolymerization initiators, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,4,6- Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinopropan-1-one, 2- (dimethylamino) -1- [4- (morpholinyl) phenyl] -2 -Phenylmethyl) -1-butanone and the like are preferable, and 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinopropan-1-one, 2- (Dimethylamino) -1- [4- (morpholinyl) phenyl] -2-phenylmethyl ) -1-butanone, and the like.
These photo radical generators may be used alone or in combination of two or more.
光ラジカル発生剤の市販品の例としては、例えば、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(IRGACURE184、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン(IRGACURE907、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)及び2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン(DAROCURE1173、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)等が挙げられる。 Examples of commercially available photo radical generators include, for example, hydroxycyclohexyl phenyl ketone (IRGACURE184, manufactured by Ciba Specialty Chemicals), 2-methyl-1- (4-methylthiophenyl) -2-morpholinopropane. -1-one (IRGACURE907, manufactured by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) and 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (DAROCURE 1173, manufactured by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.).
(2)成分(C)の配合量
本発明の組成物中における成分(C)の配合量は、組成物の有機溶剤を除く固形分全量を100重量%としたときに、通常1〜10重量%、好ましくは3〜7重量%である。1重量%未満であると、充分な硬化が期待できないおそれがあり、10重量%を超えると、架橋に関与しない成分の増加により塗膜強度が低下するおそれがある。
(2) Compounding amount of component (C) The compounding amount of component (C) in the composition of the present invention is usually 1 to 10% when the total solid content excluding the organic solvent in the composition is 100% by weight. %, Preferably 3 to 7% by weight. If the amount is less than 1% by weight, sufficient curing may not be expected. If the amount exceeds 10% by weight, the coating strength may decrease due to an increase in components not involved in crosslinking.
(D)有機溶剤
本発明の組成物には、有機溶剤を配合する。有機溶剤を配合することで、組成物を塗布する際のレベンリング性を付与し、均一な塗膜を得ることが可能となる。また、組成物中の全成分((A)粒子、(B)多官能(メタ)アクリレート、(C)光重合開始剤、後述する(E)界面活性剤等)を均一に混合させるためには、全成分を良好に溶解する組成の有機溶剤を選択することが好ましい。
(D) Organic solvent An organic solvent is mix | blended with the composition of this invention. By blending the organic solvent, it becomes possible to provide a leveling property when applying the composition and to obtain a uniform coating film. Moreover, in order to mix uniformly all the components ((A) particle | grains, (B) polyfunctional (meth) acrylate, (C) photoinitiator, (E) surfactant mentioned later), etc.) in a composition. It is preferable to select an organic solvent having a composition that dissolves all the components satisfactorily.
本発明で用いる有機溶剤は、常圧において120℃以上の沸点を有するものが好ましい。低沸点であると、レベリング中に溶剤が揮発してしまい、均一な塗膜が得られないおそれがある。
本発明で用いる有機溶剤の具体例としては、例えば、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
これらの有機溶剤は、単独で又は2種以上を混合して使用できるが、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドンから選ばれる少なくとも1種を含有することが好ましい。
The organic solvent used in the present invention preferably has a boiling point of 120 ° C. or higher at normal pressure. If the boiling point is low, the solvent volatilizes during leveling, and a uniform coating film may not be obtained.
Specific examples of the organic solvent used in the present invention include, for example, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoalkyl ether acetates such as propylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, Examples include diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, N-methylpyrrolidone, and γ-butyrolactone.
These organic solvents can be used alone or in admixture of two or more, but preferably contain at least one selected from ethyl lactate, γ-butyrolactone, and N-methylpyrrolidone.
尚、前記成分(A)の粒子が、有機溶剤分散液である場合、その分散媒をそのまま、成分(D)の有機溶剤として用いてもよいし、別の有機溶剤に置換してもよい。 In addition, when the particle | grains of the said component (A) are organic solvent dispersion liquids, you may use the dispersion medium as it is as an organic solvent of a component (D), and may substitute it with another organic solvent.
本発明の組成物中における成分(D)の配合量は、組成物の有機溶剤を除く固形分全量100重量部に対して、通常150〜10,000重量部、好ましくは200〜600重量部、より好ましく300〜550重量部である。150重量部未満であると、粒子の分散安定性低下による貯蔵安定性の低下、レベリング不十分で均一な塗膜が得られない等のおそれがあり、10,000重量部を超えると、充分な膜厚が得られず、本来塗膜が果たすべき集光機能が発揮されないおそれがある。 The compounding amount of the component (D) in the composition of the present invention is usually 150 to 10,000 parts by weight, preferably 200 to 600 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total solid content excluding the organic solvent of the composition. More preferably, it is 300-550 weight part. When the amount is less than 150 parts by weight, there is a risk that the storage stability may be lowered due to a decrease in dispersion stability of the particles, and a uniform coating film may not be obtained due to insufficient leveling. The film thickness may not be obtained, and the light collecting function that the coating film should originally perform may not be exhibited.
(E)界面活性剤
本発明の組成物には、界面活性剤を配合することもできる。界面活性剤の添加により、レベリング性が向上し、より均一な塗膜を得ることが可能になる。
(E) Surfactant A surfactant may be added to the composition of the present invention. By adding a surfactant, leveling properties are improved and a more uniform coating film can be obtained.
本発明で用いる界面活性剤としては、フッ素又はシリコン、あるいは両方を含有するノニオン系界面活性剤が好ましい。アニオン系、カチオン系の界面活性剤では、成分(A)の粒子成分に電荷が適合していないと、粒子が凝集する可能性がある。
界面活性剤は、1種単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
The surfactant used in the present invention is preferably a nonionic surfactant containing fluorine, silicon, or both. In the case of an anionic or cationic surfactant, if the charge does not match the particle component of the component (A), the particles may aggregate.
Surfactant may be used individually by 1 type and may be used in combination of multiple types.
本発明の組成物中における成分(E)の配合量は、組成物の有機溶剤を除く固形分全量を100重量%としたときに、通常0.01〜5重量%、好ましくは0.1〜3重量%、より好ましくは0.5〜2重量%である。0.01重量%未満であると、レベリング性が不足し均一塗膜が得られないおそれがあり、5重量%を超えると、非架橋成分の増加により塗膜強度の低下が生じたり、他の成分との親和性が低下し、塗膜にハジキが発生し、均一塗膜が得られないおそれがある。 The compounding amount of the component (E) in the composition of the present invention is usually 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 0.1% when the total solid content excluding the organic solvent of the composition is 100% by weight. 3% by weight, more preferably 0.5 to 2% by weight. If the amount is less than 0.01% by weight, the leveling property may be insufficient and a uniform coating film may not be obtained. If the amount exceeds 5% by weight, the strength of the coating film may be reduced due to an increase in non-crosslinked components. There is a possibility that the affinity with the components is reduced, repellency occurs in the coating film, and a uniform coating film cannot be obtained.
(F)その他の添加剤
本発明の組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で種々の添加剤を配合することができる。このような添加剤としては、例えば、現像性改良剤等が挙げられる。
現像性改良剤としては、例えば、水酸基及び又はカルボン酸基又は両官能基を含有するポリマー若しくはオリゴマー等が挙げられる。これらを添加することによって現像性の向上が見込まれ、粒子のSiO2被覆量が少量でも現像性が付与される可能性がある。より具体的には、例えば、ヒドロキシスチレン等が挙げられる。
(F) Other additive Various additives can be mix | blended with the composition of this invention in the range which does not impair the effect of this invention. Examples of such additives include developability improvers.
Examples of the developability improver include a polymer or oligomer containing a hydroxyl group and / or a carboxylic acid group or both functional groups. Addition of these is expected to improve developability, and developability may be imparted even if the amount of particles covered with SiO 2 is small. More specifically, hydroxystyrene etc. are mentioned, for example.
本発明の組成物は、上記成分(A)〜(D)、及び、必要に応じて上記成分(E)や各種添加剤を加え、均一に撹拌することによって得られる。 The composition of this invention is obtained by adding the said component (A)-(D) and the said component (E) and various additives as needed, and stirring uniformly.
本発明の組成物は、上述したように、非露光部を容易に除去することが可能であり、パターニング性に優れているため、特に、塗布、マスク露光、現像、洗浄によって製造される固体撮像素子用のマイクロレンズの材料として非常に有用である。固体撮像素子マイクロレンズとしては、表面レンズ及び層内レンズが挙げられる。さらに、本発明の組成物は高屈折率の硬化膜を与えることができるため、固体撮像素子の高屈折率層形成用材料としても有用である。 As described above, since the composition of the present invention can easily remove non-exposed portions and has excellent patternability, it is particularly solid-state imaging produced by coating, mask exposure, development, and washing. It is very useful as a material for microlenses for devices. Examples of the solid-state image sensor microlens include a surface lens and an in-layer lens. Furthermore, since the composition of the present invention can provide a cured film having a high refractive index, it is also useful as a material for forming a high refractive index layer of a solid-state imaging device.
II.マイクロレンズアレイの製造方法
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法(以下、本発明の製造方法という)は、上記本発明の固体撮像素子用組成物を基材上に塗布し、露光してパターン形成し、アルカリ現像液に浸漬した後、水で洗浄することを特徴とする。
本発明の製造方法において用いる上記本発明の材料は、露光した部分が硬化し、非露光部分が未硬化となるネガ型の光硬化性組成物である。
以下、本発明の製造方法を工程毎に説明する。
II. Manufacturing method of microlens array The manufacturing method of the microlens array of the present invention (hereinafter referred to as the manufacturing method of the present invention) is a method of applying the above-described composition for a solid-state imaging device of the present invention on a substrate and exposing it to pattern formation. And after immersing in an alkali developer, it is washed with water.
The material of the present invention used in the production method of the present invention is a negative photocurable composition in which an exposed portion is cured and an unexposed portion is uncured.
Hereafter, the manufacturing method of this invention is demonstrated for every process.
(1)塗布
上記本発明の組成物は、孔径0.05〜1μm程度のフィルター、好ましくは0.5μmのフィルターで予めろ過しておくことが好ましい。 また、本発明の組成物を塗布する基板はHMDS(ヘキサメチルジシラザン)で表面処理されていてもよい。HMDSの処理方法は、例えばHMDSを基板上に滴下しスピンコータで基板を回転させて余剰のHMDSを除去する方法や、気化したHMDSが存在する雰囲気に基板を曝す方法等が挙げられる。本発明の組成物を塗布する方法は、スピンコート、ロールコート、バーコート、大コート、グラビア印刷等が挙げられるが、膜厚の均一性を得やすいことからスピンコートが好ましい。上記、塗布基板は、更にホットプレートやオーブンでベークすることが好ましい。ベークの条件は組成物により適宜調整できるが、例えば50〜120℃、好ましくは70〜90℃のホットプレートで、30〜300秒、好ましくは60〜120秒加熱することにより塗膜を作製することができる。
(1) Application The composition of the present invention is preferably preliminarily filtered with a filter having a pore diameter of about 0.05 to 1 μm, preferably a 0.5 μm filter. The substrate to which the composition of the present invention is applied may be surface-treated with HMDS (hexamethyldisilazane). Examples of the HMDS treatment method include a method of dropping HMDS on a substrate and rotating the substrate with a spin coater to remove excess HMDS, a method of exposing the substrate to an atmosphere containing vaporized HMDS, and the like. Examples of the method for applying the composition of the present invention include spin coating, roll coating, bar coating, large coating, and gravure printing. Spin coating is preferred because it is easy to obtain film thickness uniformity. The coated substrate is preferably further baked with a hot plate or an oven. The baking conditions can be appropriately adjusted depending on the composition. For example, a coating film is prepared by heating on a hot plate at 50 to 120 ° C., preferably 70 to 90 ° C. for 30 to 300 seconds, preferably 60 to 120 seconds. Can do.
(2)露光
露光の際に用いるマスクは特に限定されず、目的に応じて適切なものを選択すればよい。
上記で作製した塗膜に、マスクを介して露光し、パターン形成を行う。露光は、マスクアライナーや縮小投影露光装置等を用いることができる。露光の光源は、本発明の組成物の(C)成分が感応する波長の光を含んでいれば特に限定されないが、高圧水銀ランプ、紫外線レーザー等が適用できる。
(2) Exposure The mask used in the exposure is not particularly limited, and an appropriate mask may be selected according to the purpose.
The coating film produced above is exposed through a mask to form a pattern. For the exposure, a mask aligner, a reduced projection exposure apparatus, or the like can be used. The light source for exposure is not particularly limited as long as it contains light having a wavelength to which the component (C) of the composition of the present invention is sensitive.
(3)現像
露光した膜は続く現像工程で現像される。現像方法は、パドル現像、ディップ現像、シャワー現像等が挙げられる。また、現像液としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルアミルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の有機溶剤や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等を溶解したアルカリ水溶液が使用できるが、高い寸法精度が得やすいという理由でアルカリ水溶液(アルカリ現像液)が好ましい。
ここで用いるアルカリ水溶液のアルカリ成分の濃度は、0.01〜10重量%の範囲内であることが好ましく、0.03〜5重量%の範囲内であることがより好ましい。現像液のpHが、粒子表面の二酸化ケイ素の等電点(pH=2)から離れている方がより良好な現像性が得られるため、アルカリ成分濃度が0.01重量%未満では現像できなくなる可能性がある。逆に、アルカリ成分濃度が10重量%を超えると、露光部分までが溶解され(現像され)てしまい、基板から剥離してしまうおそれがある。
(3) Development The exposed film is developed in a subsequent development process. Examples of the developing method include paddle development, dip development, and shower development. Developers include organic solvents such as acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl amyl ketone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether, sodium hydroxide, potassium hydroxide. An alkaline aqueous solution in which tetramethylammonium hydroxide or the like is dissolved can be used, but an alkaline aqueous solution (alkaline developer) is preferred because high dimensional accuracy is easily obtained.
The concentration of the alkali component in the aqueous alkali solution used here is preferably in the range of 0.01 to 10% by weight, and more preferably in the range of 0.03 to 5% by weight. Since it is possible to obtain better developability when the pH of the developer is far from the isoelectric point (pH = 2) of silicon dioxide on the particle surface, development becomes impossible when the alkali component concentration is less than 0.01% by weight. there is a possibility. On the other hand, if the alkali component concentration exceeds 10% by weight, the exposed portion is dissolved (developed) and may be peeled off from the substrate.
(4)リンス
現像した膜を純水でリンスし、基板に固定化されていない粒子成分、アルカリ成分等を除去することが好ましい。
(4) Rinse It is preferable to rinse the developed film with pure water to remove particle components, alkali components, and the like that are not immobilized on the substrate.
マイクロレンズの形成に従来用いられていた硬化性組成物では、酸化チタン等の金属酸化物粒子表面が所定割合以上のケイ素原子を有していない、即ち、粒子表面が所定量以上のSiO2で処理されていなかったため、マスク露光後にアルカリ現像液に浸漬した際に、未露光部分が現像液中に容易に分散せず、パターンが形成されないという問題があった。 In the curable composition conventionally used for forming the microlens, the surface of the metal oxide particle such as titanium oxide does not have a predetermined ratio or more of silicon atoms, that is, the particle surface is made of SiO 2 with a predetermined amount or more. Since it was not processed, when immersed in an alkali developer after mask exposure, there was a problem that the unexposed portion was not easily dispersed in the developer and a pattern was not formed.
本発明によれば、粒子表面に所定量以上のケイ素原子が存在しているため、未露光部分が現像液に容易に分散し、精細なパターニング性に優れたマイクロレンズアレイを容易に製造できる。 According to the present invention, since a predetermined amount or more of silicon atoms are present on the particle surface, the unexposed portion is easily dispersed in the developer, and a microlens array excellent in fine patterning property can be easily manufactured.
以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら制限されるものではない。尚、以下において、部、%は、特に断らない限り、それぞれ重量部、重量%を示す。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following, parts and% respectively represent parts by weight and% by weight unless otherwise specified.
参考例1:二酸化ケイ素被覆金属酸化物粒子表面に存在する全金属原子に対するケイ素原子の割合の測定
(1)測定用サンプルの作成方法
下記表1に示す二酸化ケイ素被覆金属酸化物粒子の分散液(粒子(1)〜(3))を、分散溶媒で5〜20重量%に希釈し、シリコンウェハー上にスピン塗布(300rpmで5秒、次いで2000rpmで60秒)し塗膜を形成した。これを80℃のホットプレート上で1時間加熱し、測定サンプルとした。
Reference Example 1: Measurement of ratio of silicon atoms to all metal atoms present on the surface of silicon dioxide-coated metal oxide particles (1) Preparation method of measurement sample Dispersion liquid of silicon dioxide-coated metal oxide particles shown in Table 1 below ( Particles (1) to (3)) were diluted to 5 to 20% by weight with a dispersion solvent, and spin-coated (300 rpm for 5 seconds and then 2000 rpm for 60 seconds) on a silicon wafer to form a coating film. This was heated on a hot plate at 80 ° C. for 1 hour to obtain a measurement sample.
(2)X線光電子分光分析法(XPS)による粒子表面の元素組成測定
上記(1)で得られた測定サンプルを、測定角度45°の条件で、XPS測定装置(クレイトス社製、AXIS ULTRA)で表面の金属元素組成を分析した。結果を表1に示す。
(2) Elemental composition measurement of particle surface by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) The measurement sample obtained in the above (1) is subjected to an XPS measurement apparatus (AXIS ULTRA, manufactured by Kratos) under the condition of a measurement angle of 45 °. The surface metal element composition was analyzed. The results are shown in Table 1.
表1中の商品名等は下記のものを示す。
粒子(1):触媒化成工業社製、二酸化ケイ素被覆二酸化チタン粒子、数平均粒子径10nm
粒子(2):テイカ社製、二酸化ケイ素被覆酸化チタン、数平均粒子径長軸49nm、短軸10nm
粒子(3):テイカ社製、アルミナ被覆酸化チタン、数平均粒子径長軸49nm、短軸18nm
粒子径はTEM(透過型電子顕微鏡)の観察像から算出した。
The product names in Table 1 are as follows.
Particle (1): manufactured by Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd., silicon dioxide-coated titanium dioxide particles, number average particle diameter 10 nm
Particle (2): manufactured by Teika, silicon dioxide-coated titanium oxide, number average particle diameter major axis 49 nm, minor axis 10 nm
Particle (3): manufactured by Teica, alumina-coated titanium oxide, number average particle diameter major axis 49 nm, minor axis 18 nm
The particle diameter was calculated from an observation image of a TEM (transmission electron microscope).
参考例2:粒子の対現像液分散性
参考例1で製造した各粒子分散液を、Siウェハー上に、スピン塗布(300rpmで5秒、次いで2000rpmで60秒)し、50℃のホットプレート上で30秒加熱した後、現像液PD523(JSR社製、濃度2.38重量%)に1分間浸漬し、粒子が現像液に分散するか否かを目視で確認し、下記基準に従って評価した。結果を表2に示す。
○:30秒以内で溶解した(分散性良好)
△:1分程度で溶解した(分散性中程度)
×:1分浸漬後も溶解しなかった(分散性不良)
Reference Example 2: Dispersibility of Particles to Developer Solution Each particle dispersion prepared in Reference Example 1 was spin-coated on a Si wafer (5 seconds at 300 rpm, then 60 seconds at 2000 rpm), and then on a hot plate at 50 ° C. After being heated for 30 seconds, the sample was immersed in developer PD523 (manufactured by JSR, concentration 2.38 wt%) for 1 minute, and whether or not the particles were dispersed in the developer was visually confirmed and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 2.
○: Dissolved within 30 seconds (good dispersibility)
Δ: Dissolved in about 1 minute (medium dispersibility)
×: Not dissolved even after immersion for 1 minute (poor dispersibility)
実施例1
(1)組成物(A)の製造
SiO2被覆TiO2分散液(触媒化成工業(株)製;上記粒子(1))を固形分濃度で50%まで濃縮したもの20.4部とテトラメチロールメタントリアクリレート(新中村化学)3.9部と光開始剤IRGACURE907(日本チバガイギー)0.8部と界面活性剤ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体(東レダウコーニング)0.2部、乳酸エチル74.8部を混合し組成物(A)を得た。得られた組成物(A)を0.5μmフィルター(グレード:DISMIC−25JP、PTFE製、ADVANTEC)でろ過した。
Example 1
(1) Manufacture of composition (A) 20.4 parts of tetramethylol and SiO 2 coated TiO 2 dispersion (manufactured by Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd .; the above particles (1)) concentrated to a solid content of 50% Methane triacrylate (Shin Nakamura Chemical) 3.9 parts, photoinitiator IRGACURE907 (Nippon Ciba-Geigy) 0.8 parts, surfactant dimethylpolysiloxane-polyoxyalkylene copolymer (Toray Dow Corning) 0.2 parts, lactic acid 74.8 parts of ethyl was mixed to obtain a composition (A). The obtained composition (A) was filtered through a 0.5 μm filter (grade: DISMIC-25JP, manufactured by PTFE, ADVANTEC).
(2)マイクロレンズアレイの製造
シリコンウェハーにヘキサメチルジシラザン(HMDS)を滴下し、スピンコータ(1H−360S、ミカサ製)を用い、300rpmで5秒、次いで2000rpmで60秒塗布し、80℃のホットプレート上で60秒間基板を加熱してHMDS処理シリコンウェハーを得た。このHMDS処理シリコンウェハーに上記(1)で製造した組成物(A)を滴下し、300rpmで5秒、次いで2000rpmで60秒でスピンコート塗布した。組成物の塗膜を蝕針式膜厚計で測定すると0.2〜0.3μmの膜厚であった。この基板を80℃のホットプレート上で60秒加熱し、マスクアライナーPLA−501F(Canon製)を用いて100mJ/cm2(高圧Hgランプ、測定波長365nm)で露光した。これをアルカリ現像液CD200CR(JSR株式会社製)の50倍希釈溶液に30秒浸漬した後、純水で洗浄した。
(2) Production of microlens array Hexamethyldisilazane (HMDS) was dropped onto a silicon wafer and applied using a spin coater (1H-360S, manufactured by Mikasa) at 300 rpm for 5 seconds and then at 2000 rpm for 60 seconds. The substrate was heated on a hot plate for 60 seconds to obtain a HMDS-treated silicon wafer. The composition (A) produced in (1) above was dropped onto this HMDS-treated silicon wafer, and spin coating was applied at 300 rpm for 5 seconds and then at 2000 rpm for 60 seconds. When the coating film of the composition was measured with a stylus film thickness meter, the film thickness was 0.2 to 0.3 μm. This substrate was heated on a hot plate at 80 ° C. for 60 seconds and exposed at 100 mJ / cm 2 (high pressure Hg lamp, measurement wavelength 365 nm) using a mask aligner PLA-501F (manufactured by Canon). This was immersed in a 50-fold diluted solution of alkali developer CD200CR (manufactured by JSR Corporation) for 30 seconds, and then washed with pure water.
実施例2
(1)組成物(B)の製造
SiO2被覆TiO2分散液(触媒化成工業(株)製;上記粒子(1))を固形分濃度で50%まで濃縮したもの34.0部、テトラメチロールメタントリアクリレート(新中村化学社製)6.5部、IRGACURE907(日本チバガイギー社製、光開始剤)1.3部、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体(東レダウコーニング社製、シリコン系ノニオン系界面活性剤)0.3部、乳酸エチル58.0部を混合し、組成物(B)を得た。これを0.5μmフィルター(グレード:DISMIC−25JP、PTFE製、ADVANTEC)でろ過し、組成物(B)を得た。
Example 2
(1) Production of composition (B) 34.0 parts of tetramethylol obtained by concentrating the SiO 2 coated TiO 2 dispersion (manufactured by Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd .; the particles (1)) to a solid concentration of 50%. Methane triacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) 6.5 parts, IRGACURE 907 (manufactured by Ciba Geigy Japan, photoinitiator) 1.3 parts, dimethylpolysiloxane-polyoxyalkylene copolymer (manufactured by Toray Dow Corning, silicon) Nonionic surfactant) 0.3 part and ethyl lactate 58.0 parts were mixed to obtain a composition (B). This was filtered through a 0.5 μm filter (grade: DISMIC-25JP, manufactured by PTFE, ADVANTEC) to obtain a composition (B).
(2)マイクロレンズアレイの製造
上記組成物(B)を用いた以外は実施例1と同様にしてマイクロレンズアレイを製造した。組成物の塗膜の膜厚を蝕針式膜厚計で測定すると0.7〜0.8μmであった。
(2) Production of microlens array A microlens array was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition (B) was used. It was 0.7-0.8 micrometer when the film thickness of the coating film of the composition was measured with the stylus-type film thickness meter.
製造例1
(重合性不飽和基を有する有機化合物の製造)
乾燥空気中、メルカプトプロピルトリメトキシシラン221部、ジブチル錫ジラウレート1部からなる溶液に対し、イソホロンジイソシアネート222部を攪拌しながら50℃で1時間かけて滴下後、70℃で3時間加熱攪拌した。これに新中村化学製NKエステルA−TMM−3LM−N(ペンタエリスリトールトリアクリレート60質量%とペンタエリスリトールテトラアクリレート40質量%とからなる。このうち、反応に関与するのは、水酸基を有するペンタエリスリトールトリアクリレートのみである。)549部を30℃で1時間かけて滴下後、60℃で10時間加熱攪拌することで重合性不飽和基を含む有機化合物(Ab)を得た。生成物中の残存イソシアネート量をFT−IRで分析したところ0.1%以下であり、反応がほぼ定量的に終了したことを示した。生成物の赤外吸収スペクトルは原料中のメルカプト基に特徴的な2550cm−1の吸収ピーク及び原料イソシアネート化合物に特徴的な2260cm−1の吸収ピークが消失し、新たにウレタン結合及びS(C=O)NH−基に特徴的な1660cm−1のピーク及びアクリロキシ基に特徴的な1720cm−1のピークが観察され、重合性不飽和基としてのアクリロキシ基と−S(C=O)NH−、ウレタン結合を共に有するアクリロキシ基修飾アルコキシシランが生成していることを示した。以上により、前記式(12)で示される化合物が773部得られたほか、反応に関与しなかったペンタエリスリトールテトラアクリレート220部が混在していた。
Production Example 1
(Production of an organic compound having a polymerizable unsaturated group)
To a solution consisting of 221 parts of mercaptopropyltrimethoxysilane and 1 part of dibutyltin dilaurate in dry air, 222 parts of isophorone diisocyanate was added dropwise over 1 hour at 50 ° C. with stirring, followed by heating and stirring at 70 ° C. for 3 hours. This consists of NK ester A-TMM-3LM-N (60% by mass of pentaerythritol triacrylate and 40% by mass of pentaerythritol tetraacrylate, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. Among them, the one involved in the reaction is pentaerythritol having a hydroxyl group. 549 parts were added dropwise at 30 ° C. over 1 hour, and then heated and stirred at 60 ° C. for 10 hours to obtain an organic compound (Ab) containing a polymerizable unsaturated group. When the residual isocyanate content in the product was analyzed by FT-IR, it was 0.1% or less, indicating that the reaction was almost quantitatively completed. Infrared absorption spectrum of the product disappeared absorption peaks characteristic 2260 cm -1 to the absorption peak and the raw material isocyanate compounds characteristic 2550 cm -1 mercapto group in the raw material, new urethane bond and S (C = O) NH- peaks characteristic 1720 cm -1 to a peak and an acryloxy group of characteristic 1660 cm -1 based on observed, acryloxy group and -S (C = O as a polymerization unsaturated group) NH-, It was shown that an acryloxy group-modified alkoxysilane having a urethane bond was formed. As a result, 773 parts of the compound represented by the formula (12) was obtained, and 220 parts of pentaerythritol tetraacrylate which was not involved in the reaction were mixed.
製造例2:反応性粒子分散液の調製
製造例1で製造した組成物3.9部、SiO2被覆TiO2粒子分散液(粒子固形分濃度27.0重量%、触媒化成(株)製;前記粒子(1))95.5部、イオン交換水0.05部、硫酸0.01部及びp−ヒドロキシフェニルモノメチルエーテル0.01部の混合液を攪拌し、溶解させた。60℃、4時間攪拌後、オルト蟻酸メチルエステル0.6部を添加し、さらに1時間同一温度で加熱攪拌することで反応性粒子の分散液を得た。この分散液の固形分濃度は計算上29.5重量%であった。
Production Example 2: Preparation of Reactive Particle Dispersion 3.9 parts of the composition produced in Production Example 1, SiO 2 -coated TiO 2 particle dispersion (particulate solid concentration 27.0 wt%, manufactured by Catalyst Kasei Co., Ltd.) A mixed liquid of 95.5 parts of the particle (1), 0.05 parts of ion exchange water, 0.01 part of sulfuric acid and 0.01 part of p-hydroxyphenyl monomethyl ether was stirred and dissolved. After stirring at 60 ° C. for 4 hours, 0.6 parts of orthoformate methyl ester was added, and the mixture was further heated and stirred at the same temperature for 1 hour to obtain a dispersion of reactive particles. The solid content concentration of this dispersion was calculated to be 29.5% by weight.
実施例3
(1)組成物(C)の製造
製造例2で製造した反応性SiO2被覆TiO2分散液(触媒化成工業(株)製)を固形分濃度で50%まで濃縮したもの25.5部、テトラメチロールメタントリアクリレート(新中村化学社製1.4部、IRGACURE907(日本チバガイギー社製、光開始剤)0.8部、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体(東レダウコーニング社製、シリコン系ノニオン系界面活性剤)0.2部、乳酸エチル72.3部を混合した。これを0.5μmフィルター(グレード:DISMIC−25JP、PTFE製、ADVANTEC)でろ過し、組成物(C)を得た。
Example 3
(1) Production of composition (C) 25.5 parts of the reactive SiO 2 -coated TiO 2 dispersion produced by Production Example 2 (catalyst chemical industry Co., Ltd.) concentrated to 50% solids concentration, Tetramethylol methane triacrylate (1.4 parts made by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., IRGACURE907 (made by Ciba Geigy Japan, photoinitiator) 0.8 parts, dimethylpolysiloxane-polyoxyalkylene copolymer (made by Toray Dow Corning, silicon) 0.2 part of nonionic surfactant) and 72.3 parts of ethyl lactate were mixed and filtered through a 0.5 μm filter (grade: DISMIC-25JP, manufactured by PTFE, ADVANTEC), and composition (C) was obtained. Obtained.
(2)マイクロレンズアレイの製造
上記組成物(C)を用いた以外は実施例1と同様にしてマクロレンズアレイを製造した。組成物の塗膜の膜厚を蝕針式膜厚計で測定したところ0.2〜0.3μmであった。
(2) Production of microlens array A macrolens array was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition (C) was used. It was 0.2-0.3 micrometer when the film thickness of the coating film of the composition was measured with the stylus-type film thickness meter.
実施例4
(1)組成物(D)の製造
製造例2で製造した反応性SiO2被覆TiO2分散液(触媒化成工業(株)製)を固形分濃度で50%まで濃縮したもの42.5部、テトラメチロールメタントリアクリレート(新中村化学社製2.3部、IRGACUR907(日本チバガイギー社製、光開始剤)1.3部、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体(東レダウコーニング社製、シリコン系ノニオン系界面活性剤)0.3部、乳酸エチル53.8部を混合した。これを0.5μmフィルター(グレード:DISMIC−25JP、PTFE製、ADVANTEC)でろ過し、組成物(D)を得た。
Example 4
(1) Production of composition (D) 42.5 parts obtained by concentrating the reactive SiO 2 -coated TiO 2 dispersion produced in Production Example 2 (catalyst conversion industry Co., Ltd.) to a solid content of 50%, Tetramethylol methane triacrylate (2.3 parts manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., IRGACUR907 (manufactured by Nippon Ciba Geigy Co., photoinitiator) 1.3 parts, dimethylpolysiloxane-polyoxyalkylene copolymer (manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd., silicon) 0.3 part of nonionic surfactant) and 53.8 parts of ethyl lactate were mixed and filtered through a 0.5 μm filter (grade: DISMIC-25JP, manufactured by PTFE, ADVANTEC) to obtain the composition (D). Obtained.
(2)マイクロレンズアレイの製造
上記組成物(D)を用いた以外は実施例1と同様にしてマイクロレンズアレイを製造した。組成物の塗膜の膜厚を蝕針式膜厚計で測定したところ0.7〜0.8μmであった。
(2) Production of microlens array A microlens array was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition (D) was used. It was 0.7-0.8 micrometer when the film thickness of the coating film of the composition was measured with the stylus type film thickness meter.
比較例1及び2
用いた粒子をそれぞれ、粒子(2)及び(3)に変えた以外は実施例1(1)と同様にして組成物(E)及び(F)を製造した。これらの組成物を用い、実施例1(2)と同様に塗膜を形成し、露光した後、アルカリ現像液に浸漬し、純水で洗浄した。
Comparative Examples 1 and 2
Compositions (E) and (F) were produced in the same manner as in Example 1 (1) except that the particles used were changed to particles (2) and (3), respectively. Using these compositions, a coating film was formed in the same manner as in Example 1 (2), exposed, immersed in an alkaline developer, and washed with pure water.
実施例1〜4及び比較例1、2で得られた組成物(A)〜(F)について、下記特性を評価した。 The following characteristics were evaluated for the compositions (A) to (F) obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.
(1)組成物のパターニング性
各組成物を、HMDS処理したシリコンウェハー上にスピン塗布し(300rpmで10秒、次いで2000rpmで60秒)、80℃のホットプレート上で加熱し、マスクアライナーPLA−501F(Canon製)を用い、365nm(光源は高圧水銀ランプ)で、照射光量100mJ/cm2で露光した。アルカリ現像液CD−200CR(JSR株式会社製)の50倍希釈液(アルカリ成分濃度0.05重量%)に30秒間浸漬し、純水でリンスした。所望のパターンが形成されているか否かを光学顕微鏡で確認し、下記基準に従って評価した。得られた結果を表3に示す。
○:Line/Space=1/4(Line=60μm、Space=240μm)のパターンが形成される
×:アルカリ現像液浸漬後も未露光部が溶解せず、パターンが形成されない。
(1) Patternability of composition Each composition was spin-coated on a silicon wafer treated with HMDS (300 rpm for 10 seconds, then 2000 rpm for 60 seconds), heated on a hot plate at 80 ° C., and mask aligner PLA- Using 501F (manufactured by Canon), exposure was performed at 365 nm (the light source was a high-pressure mercury lamp) with an irradiation light amount of 100 mJ / cm 2 . It was immersed in a 50-fold diluted solution (alkali component concentration 0.05% by weight) of an alkali developer CD-200CR (manufactured by JSR Corporation) for 30 seconds and rinsed with pure water. Whether or not a desired pattern was formed was confirmed with an optical microscope and evaluated according to the following criteria. The obtained results are shown in Table 3.
○: A pattern of Line / Space = 1/4 (Line = 60 μm, Space = 240 μm) is formed. ×: The unexposed part is not dissolved and the pattern is not formed even after immersion in an alkali developer.
(2)屈折率
各組成物を、0.5μmフィルターで濾過し、シリコンウェハー上に塗布し、アライナーPLA−501F(Canon社製)で硬化させた。得られた塗膜を、n&kAnalyzer(n&k Technology社製、米国)を用いて23℃で測定し、解析して屈折率を得た。得られた結果を表3に示す。
(2) Refractive index Each composition was filtered with a 0.5 μm filter, applied onto a silicon wafer, and cured with an aligner PLA-501F (manufactured by Canon). The obtained coating film was measured at 23 ° C. using an n & k Analyzer (manufactured by n & k Technology, USA) and analyzed to obtain a refractive index. The obtained results are shown in Table 3.
本発明の固体撮像素子用組成物は、固体撮像素子における高屈折率を必要とする部材の材料として、特に、マイクロレンズ材料として有用である。
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法によれば、簡便に、精度の高いマイクロレンズアレイの製造が可能となる。
The composition for a solid-state imaging device of the present invention is useful as a material for a member that requires a high refractive index in a solid-state imaging device, particularly as a microlens material.
According to the method for manufacturing a microlens array of the present invention, it is possible to easily manufacture a microlens array with high accuracy.
Claims (13)
(A)粒子表面に存在する金属原子の総量を100原子%としたときに、粒子表面に存在するケイ素原子の割合が20原子%以上である粒子
(B)2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物
(C)光重合開始剤
(D)有機溶剤
を含有する固体撮像素子用組成物。 The following components (A) to (D):
(A) When the total amount of metal atoms present on the particle surface is 100 atomic%, the ratio of silicon atoms present on the particle surface is 20 atomic% or more. (B) Two or more (meth) acryloyl groups A composition for a solid-state imaging device comprising a compound (C) having a photopolymerization initiator (D) and an organic solvent.
The method for producing a microlens array according to claim 12, wherein the concentration of the alkali component in the alkali developer is in the range of 0.01 to 5% by weight.
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