JP2015010096A - 膜形成用組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機樹脂と、無機ナノ粒子と、溶剤とを含む膜形成用組成物に、有機樹脂の質量と無機ナノ粒子の質量との合計に対して、20〜100質量%の大気圧下での沸点が170℃以上である高沸点極性溶剤を、溶剤として配合する。
【選択図】なし
Description
前記(S)溶剤が、大気圧下での沸点が170℃以上である高沸点極性溶剤を含み、
前記高沸点極性溶剤の含有量が、前記(A)有機樹脂の質量と前記(B)無機ナノ粒子の質量との合計に対して20〜100質量%である、膜形成用組成物である。
前記塗布膜を乾燥させる工程と、を含む、膜の形成方法である。
前記(S)溶剤として、前記(A)有機樹脂の質量と前記(B)無機ナノ粒子の質量との合計に対して20〜100質量%の、大気圧下での沸点が170℃以上である高沸点極性溶剤を配合することにより、前記高沸点極性溶剤を含まない膜形成用組成物を用いて形成される膜よりも、前記高沸点極性溶剤を配合された膜形成用組成物を用いて形成される膜の屈折率を向上させる、膜形成用組成物の製造方法である。
前記膜形成用組成物に対して、前記(S)溶剤として、前記(A)有機樹脂の質量と前記(B)無機ナノ粒子の質量との合計に対して20〜100質量%の、大気圧下での沸点が170℃以上である高沸点極性溶剤を配合することにより、前記高沸点極性溶剤を含まない膜形成用組成物を用いて形成される膜よりも、前記高沸点極性溶剤を含む膜形成組成物を用いて形成される膜の屈折率を向上させる、膜の屈折率の改良方法である。
本発明に係る膜形成用組成物は、(A)有機樹脂と、(B)無機ナノ粒子と、(S)溶剤とを含む。(S)溶剤は、大気圧下での沸点が170℃以上である高沸点極性溶剤を含む。ここで、(A)有機樹脂と、(B)無機ナノ粒子と、(S)溶剤とを含む膜形成用組成物に、後述する所定の量の高沸点極性溶剤が配合されることによって、膜形成用組成物を用いて形成される硬化膜の屈折率が、高沸点極性溶剤を含まない膜形成用組成物を用いて形成された硬化膜よりも高められる。本発明の膜形成用組成物を用いて形成される膜の屈折率は、一般的に、高屈折膜と呼ばれる膜である。一般的な高屈折膜の屈折率としては、1.6以上が好ましく、1.7以上、1.8以下がより好ましい。
膜形成用組成物は、(A)有機樹脂を含む。ここで有機樹脂とは、炭素原子を含む結合から構成される主鎖を有する樹脂をいう。例えば、主鎖がシロキサン結合や、−Si−Si―結合のような炭素を含まない結合からなる樹脂は、側鎖に有機基を有していても、有機樹脂には含まれない。(A)有機樹脂の種類は、従来から屈折率1.6以上の膜を形成するために用いられている膜形成用組成物に配合されている樹脂であれば特に限定されない。
(a1)重合性フェノール性樹脂は、所定の官能基を有する構成単位を含んでいれて特に限定されず、(メタ)アクリル酸エステルのような不飽和化合物の重合体であってもよく、ポリカーボネートやポリエステルのような重縮合ポリマーであってもよい。(a1)重合性フェノール性樹脂の中では、樹脂の調製や入手が容易である点や、形成される膜の透明性の点から、不飽和化合物の重合体が好ましい。
カルド樹脂は、9,9−ジフェニルフルオレンを母核とするカルド構造を含む樹脂であれば特に限定されない。カルド樹脂の中でも、下記式(a−1)で表される樹脂が好ましい。
また、上記式(a−1)中、mは、0〜20の整数を示す。
(B)無機ナノ粒子は、膜形成用組成物を用いて形成される膜の高屈折率化に寄与する成分である。また、(B)無機ナノ粒子を膜形成用組成物に含有させることで、硬度及び耐光性に優れる膜を形成することができる。
(S)溶剤は、大気圧下での沸点が170℃以上である高沸点極性溶剤を含む。(S)溶剤の沸点は190℃以上であるのがより好ましい。また、(S)溶剤の沸点は300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましい。
δ=(ΔEV/V0)1/2÷2.046[(cal/cm3)1/2]・・・(I)
(C)光重合性モノマーとしては、特に限定されず、従来公知の単官能モノマー、多官能モノマーを用いることができる。
(D)光重合開始剤としては、特に限定されず、従来公知の光重合開始剤を用いることができる。
膜形成用組成物は、以上説明した成分の他に、従来から膜形成用組成物に使用されている種々の添加剤を含んでいてもよい。膜形成用組成物に配合される添加剤として好ましいものとしては、界面活性剤が挙げられる。界面活性剤としては、特に限定されず、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤等の公知の成分を用いることができる。膜形成用組成物が界面活性剤を含有する場合、膜形成用組成物をスピンコーターにより塗布する際の、塗布膜の膜厚のむらが抑制される。
以上説明した成分を、それぞれ所定量混合したのち、混合物を均一に撹拌して、膜形成用組成物が得られる。
以上説明した膜形成用組成物を用いて、膜を形成する方法は、所望する膜厚及び特性の膜を形成できる方法であれば特に限定されない。膜は、通常、膜形成用組成物を塗布して塗布膜を形成する工程と、形成された塗布膜を乾燥させる工程と、を含む方法により形成される。
下記表2に記載の種類、及び量の成分を均一に混合して、固形分濃度が25質量%である膜形成用組成物を調製した。表2中、「高沸点極性溶剤比率」は、膜形成用組成物中の、有機樹脂の質量と無機ナノ粒子の質量との合計に対する、高沸点極性溶剤の質量比(質量%)である。
表2に記載の溶剤は、以下の通りである。なお、沸点は、大気圧下でのものである。
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、沸点145℃
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル、沸点120℃、SP値10.2(cal/cm3)1/2
γBL:γ−ブチロラクトン、沸点204℃、SP値12.6(cal/cm3)1/2
具体的には、6インチのSi基板の表面に、膜形成用組成物をスピンコーター(ミカサスピンナーIH−360S、ミカサ株式会社製)を用いて塗布した後、100℃で、2分乾燥させた。その後、さらに加熱硬化処理として、塗布膜を200℃で、5分加熱して、硬化膜を形成した。
形成された硬化膜を目視で観察して、白濁の有無により、透明性を評価した。透明性の評価基準は以下の通りである。
○:白濁が観察されない。
×:白濁が観察される。
形成された硬化膜の屈折率を、分光エリプソメーター(ウーラム社製、VUV−VASE)により波長600nmにおける屈折率として測定した。測定された屈折率の値を表2に記す。
形成された硬化膜の断面を走査型電子顕微鏡(商品名:S−4500、日立ハイテクノロジー社製)を用いて観察して、膜の端部のムラ(凸部)の幅を測定して、ビードを評価した。ビードの評価基準は以下の通りである。
◎:膜端部の凸部の幅が0.5mm未満である。
○:膜端部の凸部の幅が2.0mm以下である。
×:膜端部の凸部の幅が2.1mm以上である。
実施例1〜4、及び比較例1〜3の膜形成用組成物を、それぞれ、固形分濃度5質量%となるようにPGMEで希釈して、実施例5〜8、及び比較例4〜6の膜形成用組成物を得た。
得られた各実施例及び比較例の膜形成用組成物を用いて膜厚90nmの硬化膜を形成し、形成された硬化膜について、屈折率を評価した。硬化膜の形成、及び評価は、膜厚を変更することの他は、実施例1〜4、及び比較例1〜3と同様に行った。実施例5〜8、及び比較例4〜6の膜形成用組成物用いて形成された硬化膜の評価結果を、表3に記す。
実施例9〜12、及び比較例7〜9では、γBLに変えてNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を用いた。NMPの大気圧下での沸点は204℃であり、SP値は11.2(cal/cm3)1/2である。γBLに変えてNMPを用いることの他は、実施例1〜4、及び比較例1〜3と同様にして、膜形成用組成物の調製と、膜形成用組成物を用いて形成される硬化膜の評価とを行った。実施例9〜12、及び比較例7〜9の膜形成用組成物を用いて形成された硬化膜の評価結果を、表4に記す。
実施例9〜12、及び比較例7〜9の膜形成用組成物を、それぞれ、固形分濃度5質量%となるようにPGMEで希釈して、実施例13〜16、及び比較例10〜12の膜形成用組成物を得た。
得られた各実施例及び比較例の膜形成用組成物を用いて膜厚90nmの硬化膜を形成し、形成された硬化膜について、屈折率を評価した。硬化膜の形成、及び評価は、膜厚を変更することの他は、実施例1〜4、及び比較例1〜3と同様に行った。実施例13〜16、及び比較例10〜12の膜形成用組成物用いて形成された硬化膜の評価結果を、表5に記す。
実施例17〜20、及び比較例13〜15では、有機樹脂を、以下に説明する樹脂(A−1)に変更することと、PGMEAをMBA(3−メトキシブチルアセテート、沸点173℃)に変更することとの他は、実施例1〜4、及び比較例1〜3と同様にして、膜形成用組成物の調製と、膜形成用組成物を用いて形成される硬化膜の評価とを行った。実施例17〜20、及び比較例13〜15の膜形成用組成物を用いて形成された硬化膜の評価結果を、表6に記す。なお、比較例13及び14について、形成された硬化膜の表面荒れのため、屈折率を測定することができなかった。
樹脂(A−1)として、以下の方法に従って得られた樹脂を用いた。
まず、500ml四つ口フラスコ中に、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂(エポキシ当量235)235g、テトラメチルアンモニウムクロライド110mg、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール100mg、及びアクリル酸72.0gを仕込み、これに25ml/分の速度で空気を吹き込みながら90〜100℃で加熱溶解した。次に、溶液が白濁した状態のまま徐々に昇温し、120℃に加熱して完全溶解させた。この際、溶液は次第に透明粘稠になったが、そのまま撹拌を継続した。この間、酸価を測定し、1.0mgKOH/g未満になるまで加熱撹拌を続けた。酸価が目標値に達するまで12時間を要した。そして室温まで冷却し、無色透明で固体状の下記式(a−4)で表されるビスフェノールフルオレン型エポキシアクリレートを得た。
なお、この樹脂(A−1)は、上記式(a−1)で表される化合物に相当する。
実施例17〜20、及び比較例13〜15の膜形成用組成物を、それぞれ、固形分濃度5質量%となるようにPGMEで希釈して、実施例21〜24、及び比較例16〜18の膜形成用組成物を得た。
得られた各実施例及び比較例の膜形成用組成物を用いて膜厚90nmの硬化膜を形成し、形成された硬化膜について、屈折率を評価した。硬化膜の形成、及び評価は、膜厚を変更することの他は、実施例1〜4、及び比較例1〜3と同様に行った。実施例21〜24、及び比較例16〜18の膜形成用組成物を用いて形成された硬化膜の評価結果を、表7に記す。なお、比較例16及び17ついて、形成された硬化膜の表面荒れのため、屈折率を測定することができなかった。
膜形成用組成物に高沸点極性溶剤として配合されたγBLを、下記のMEDG、MBA、又はPGMEAに変えることの他は、実施例4と同様にして、比較例16〜18の膜形成用組成物を得た。MEDG(メチルエチルジグリコール)は、大気圧下での沸点が176℃であり、SP値が8.3(cal/cm3)1/2である、非極性溶剤である。MBA(3−メトキシブチルアセテート)は、大気圧下での沸点が173℃であり、SP値が9.3(cal/cm3)1/2である、非極性溶剤である。PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)は、大気圧下での沸点が145℃である、低沸点溶剤である。
比較例19〜21の膜形成用組成物について、実施例4と同様にして、膜形成用組成物を用いて形成される硬化膜の透明性の評価を行った。比較例19〜21の膜形成用組成物を用いて形成された硬化膜の評価結果を表8に記す。
表9に記載の種類及び量の各成分を混合して、実施例25、及び比較例22の膜形成用組成物を得た。得られた膜形成用組成物の固形分濃度は28.5質量%であった。有機樹脂、無機ナノ粒子、及び界面活性剤は、実施例1と同じものを用いた。光重合開始剤としては、下記のPI−1及びPI−2を用いた。光重合性モノマーとしては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを用いた。
具体的には、6インチのSi基板の表面に、膜形成用組成物をスピンコーター(ミカサスピンナーIH−360S、ミカサ株式会社製)によりスピン塗布した後、塗膜を100℃で2分間乾燥させて、600nmの塗布膜を形成した。次いで、露光装置(MPA−600FA、キヤノン株式会社製)により、露光量200mJ/cm2で、塗布膜を露光した。さらに、露光後の塗布膜に、200℃で5分間の加熱硬化処理を加えて、硬化膜を形成した。形成された硬化膜の屈折率を、実施例1と同様に測定した。
Claims (8)
- (A)有機樹脂と、(B)無機ナノ粒子と、(S)溶剤とを含み、
前記(S)溶剤が、大気圧下での沸点が170℃以上である高沸点極性溶剤を含み、
前記高沸点極性溶剤の含有量が、前記(A)有機樹脂の質量と前記(B)無機ナノ粒子の質量との合計に対して10〜100質量%である、膜形成用組成物。 - 前記高沸点極性溶剤のSP値が10(cal/cm3)1/2以上である、請求項1に記載の膜形成用組成物。
- 前記(A)有機樹脂が、(a1)フェノール性水酸基を有する化合物に由来する構成単位と、重合性基を有する化合物に由来する構成単位とを含む共重合体、であるか、(a2)カルド構造を有する樹脂である、請求項1に記載の膜形成用組成物。
- 前記(B)無機ナノ粒子の含有量が、前記(A)有機樹脂の質量と、前記(B)無機ナノ粒子の質量との合計に対して40質量%以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の膜形成用組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の膜形成用組成物を塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を乾燥させる工程と、を含む、膜の形成方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の膜形成用組成物を用いて形成された膜。
- (A)有機樹脂と、(B)無機ナノ粒子と、(S)溶剤とを含む膜形成用組成物に対して、
前記(S)溶剤として、前記(A)有機樹脂の質量と前記(B)無機ナノ粒子の質量との合計に対して20〜100質量%の、大気圧下での沸点が170℃以上である高沸点極性溶剤を配合することにより、前記高沸点極性溶剤を含まない膜形成用組成物を用いて形成される膜よりも、前記高沸点極性溶剤を配合された膜形成用組成物を用いて形成される膜の屈折率を向上させる、膜形成用組成物の製造方法。 - (A)有機樹脂と、(B)無機ナノ粒子と、(S)溶剤とを含む膜形成用組成物を用いて形成される膜の屈折率の改良方法であって、
前記膜形成用組成物に対して、前記(S)溶剤として、前記(A)有機樹脂の質量と前記(B)無機ナノ粒子の質量との合計に対して20〜100質量%の、大気圧下での沸点が170℃以上である高沸点極性溶剤を配合することにより、前記高沸点極性溶剤を含まない膜形成用組成物を用いて形成される膜よりも、前記高沸点極性溶剤を含む膜形成組成物を用いて形成される膜の屈折率を向上させる、膜の屈折率の改良方法。
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