JP2015117277A - 高屈折率無機平坦化層形成用塗料およびその製造方法 - Google Patents

高屈折率無機平坦化層形成用塗料およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】屈折率が高い高屈折率層を形成することができる高屈折率無機平坦化層形成用塗料の提供
【解決手段】TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2〜8、長径の平均粒子径が15〜100nm、短径の平均粒子径が5〜30nmである無機酸化物微粒子(A):100質量部、TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2未満、平均粒子径が10〜100nmである無機酸化物微粒子(B):5〜500質量部、アルコキシシランの加水分解生成物からなるシリカオリゴマー:1〜100質量部、沸点100℃以上の高沸点溶媒:5〜1000質量部、を含む、高屈折率無機平坦化層形成用塗料。
【選択図】なし

Description

本発明は高屈折率無機平坦化層形成用塗料およびその製造方法に関する。
有機EL素子は、有機発光層を一対の電極によって挟んだ構造である発光素子を透明基板上に有するものであり、自己発光機能を有し、消費電力が小さいことを特徴する。
従来、有機EL素子は有機発光層からの光の取り出し効率を高めるために、電極と透明基板との界面や、透明基板と外部の空気との界面に、可視光線の波長以下の微細かつ周期的な凹凸構造が設けられ、さらに、この構造を平坦化するための高屈折率層が設けられている。
このような高屈折率層として、従来、高屈折率微粒子を含む層が提案されている。
例えば、特許文献1には、平均粒子径が7nm以上かつ100nm以下、かつ屈折率が1.8以上の高屈折率微粒子とバインダー成分を含む高屈折率層が記載されている。
例えば、特許文献2には、直径数十nmの酸化アルミニウムなどの微粒子を含む高屈折率層が記載されている。
特開2010−129184号公報 特開2011−233289号公報
しかしながら、特許文献1、2に記載のような従来の高屈折率層は屈折率が低く、改善の余地があった。
本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、屈折率が高い高屈折率層を形成することができる高屈折率無機平坦化層形成用塗料およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は以下の(1)〜(2)である。
(1)TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2〜8、長径の平均粒子径が15〜100nm、短径の平均粒子径が5〜30nmである無機酸化物微粒子(A):100質量部、
TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2未満、平均粒子径が10〜100nmである無機酸化物微粒子(B):5〜500質量部、
アルコキシシランの加水分解生成物からなるシリカオリゴマー:1〜100質量部、
沸点100℃以上の高沸点溶媒:5〜1000質量部、
を含む、高屈折率無機平坦化層形成用塗料。
(2)下記[1]〜[5]の各工程を備える、高屈折率無機平坦化層形成用塗料の製造方法。
工程[1]:TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2〜8、長径の平均粒子径が15〜100nm、短径の平均粒子径が5〜30nmである無機酸化物微粒子(A)を含む非水系分散液(a)を得る工程。
工程[2]:TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2未満、平均粒子径が10〜100nmである無機酸化物微粒子(B)を含む非水系分散液(b)を得る工程。
工程[3]:アルコキシシランの加水分解生成物からなるシリカオリゴマーを得る工程。
工程[4]:沸点100℃以上の高沸点溶媒を得る工程。
工程[5]:前記非水系分散液(a)と、前記非水系分散液(b)と、前記シリカオリゴマーと、前記高沸点溶媒と、を混合し、
前記無機酸化物微粒子(A):100質量部に対して、
前記無機酸化物微粒子(B):5〜500質量部、
前記シリカオリゴマー:1〜100質量部、
前記高沸点溶媒:5〜1000質量部、
を含む高屈折率無機平坦化層形成用塗料を得る工程。
本発明によれば、屈折率が高い高屈折率層を形成することができる高屈折率無機平坦化層形成用塗料およびその製造方法を提供することができる。
本発明について説明する。
本発明は、TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2〜8、長径の平均粒子径が15〜100nm、短径の平均粒子径が5〜30nmである無機酸化物微粒子(A):100質量部、TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2未満、平均粒子径が10〜100nmである無機酸化物微粒子(B):5〜500質量部、アルコキシシランの加水分解生成物からなるシリカオリゴマー:1〜100質量部、沸点100℃以上の高沸点溶媒:5〜1000質量部、を含む、高屈折率無機平坦化層形成用塗料である。
このような高屈折率無機平坦化層形成用塗料を、以下では「本発明の塗料」ともいう。
また、本発明は、下記[1]〜[5]の各工程を備える、高屈折率無機平坦化層形成用塗料の製造方法である。
工程[1]:TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2〜8、長径の平均粒子径が15〜100nm、短径の平均粒子径が5〜30nmである無機酸化物微粒子(A)を含む非水系分散液(a)を得る工程。
工程[2]:TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2未満、平均粒子径が10〜100nmである無機酸化物微粒子(B)を含む非水系分散液(b)を得る工程。
工程[3]:アルコキシシランの加水分解生成物からなるシリカオリゴマーを得る工程。
工程[4]:沸点100℃以上の高沸点溶媒を得る工程。
工程[5]:前記非水系分散液(a)と、前記非水系分散液(b)と、前記シリカオリゴマーと、前記高沸点溶媒と、を混合し、
前記無機酸化物微粒子(A):100質量部に対して、
前記無機酸化物微粒子(B):5〜500質量部、
前記シリカオリゴマー:1〜100質量部、
前記高沸点溶媒:5〜1000質量部、
を含む高屈折率無機平坦化層形成用塗料を得る工程。
このような高屈折率無機平坦化層形成用塗料の製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
本発明の塗料は、本発明の製造方法によって製造することが好ましい。
<本発明の塗料>
本発明の塗料が含む無機酸化物微粒子(A)について説明する。
無機酸化物微粒子(A)は、TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とする。
ここで主成分とは、70質量%以上の含有率であることを意味するものとする。すなわち、無機酸化物微粒子(A)におけるTiO2およびZrO2の合計含有率は70質量%以上である。この合計含有率は80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、98質量%以上であることがより好ましく、実質的に100質量%であることがさらに好ましい。ここで実質的に100質量%であるとは、不可避的不純物以外にはTiO2およびZrO2以外の成分を含まないことを意味するものとする。
以下において特に説明がない限り「主成分」の文言は、このような意味で用いることとする。
無機酸化物微粒子(A)におけるTiO2またはZrO2の含有率は、ICP発光分光分析装置を用いて無機酸化物微粒子(A)が含むTiまたはZrの濃度を測定し、各々の全量がTiO2またはZrO2の態様の酸化物であると仮定して求めるものとする。従って、厳密には、無機酸化物微粒子(A)が含むTiO2またはZrO2は、チタンもしくはその化合物またはジルコニウムまたはその化合物の代表例を意味する。すなわち、例えば、無機酸化物微粒子(A)がチタン酸化物を含む場合、そのチタン酸化物はチタン原子と酸素原子とがモル比で1:2で結合したものでない可能性があるが、その場合であってもTiO2を含むとして含有率を求めるものとする。ZrO2についても同様である。
後述する無機酸化物微粒子(B)においても同様とする。
無機酸化物微粒子(A)は長径/短径比が2〜8であり、2〜6であることが好ましく、3〜4.5であることがさらに好ましい。
無機酸化物微粒子(A)は長径の平均粒子径が15〜100nmであり、15〜70nmであることがより好ましく、20〜50nmであることがさらに好ましい。
無機酸化物微粒子(A)は短径の平均粒子径が5〜30nmであり、5〜20nmであることがより好ましく、5〜15nmであることがさらに好ましい。
無機酸化物微粒子(A)の平均粒子径は5〜100nmであることが好ましく、10〜50nmであることがより好ましく、12〜30nmであることがさらに好ましい。
無機酸化物微粒子(A)の長径および短径は、透過型電子顕微鏡(TEM)(例えば型番H−800、日立製作所製)を使用して、倍率250,000倍の写真を撮影し、1つの粒子における最大の径を長径とし、長径に相当する長軸に対し直交する短軸のうち最も長い軸の長さを短径として求めるものとする。また、長径および短径の平均粒子径は、任意の100個の無機酸化物微粒子(A)の各々について長径および短径を求め、それらの単純平均値として求めた値とする。さらに、長径/短径比は、長径の平均粒子径/短径の平均粒子径を意味するものとする。
また、無機酸化物微粒子(A)の平均粒子径は、上記のようにして求めた1粒の微粒子における長径と短径とを平均して、その粒子の粒子径とし、任意の100個の無機酸化物微粒子(A)についての単純平均値として求めた値とする。
後述する無機酸化物微粒子(B)における長径、短径および平均粒子径についても、同様の方法で測定するものとする。
本発明の塗料が含む無機酸化物微粒子(B)について説明する。
無機酸化物微粒子(B)は、TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2未満、平均粒子径が10〜100nmである。
無機酸化物微粒子(B)は長径/短径比が2未満であり、1.0〜1.8であることが好ましく、1.0〜1.7であることがさらに好ましい。
無機酸化物微粒子(B)は長径の平均粒子径が5〜50nmであることがより好ましく、10〜35nmであることがさらに好ましい。
無機酸化物微粒子(B)は短径の平均粒子径が2〜25nmであることがより好ましく、5〜20nmであることがさらに好ましい。
無機酸化物微粒子(B)の平均粒子径は10〜100nmであり、10〜50nmであることが好ましく、10〜30nmであることがより好ましく、10〜15nmであることがさらに好ましい。
本発明の塗料が含むシリカオリゴマーについて説明する。
シリカオリゴマーは、アルコキシシランの加水分解生成物からなる。
アルコキシシランは、RaSi(OR')4-a(ここでRはビニル基、アリール基、アクリル基、炭素数1〜8のアルキル基、水素原子またはハロゲン原子であり、R'はビニル基、アリール基、アクリル基、炭素数1〜8のアルキル基、−C24OCn2n+1(n=1〜4)または水素原子であり、aは0〜3の整数である。)で表されるものであることが好ましい。
このようなアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラオクチルシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシランなどが挙げられる。
シリカオリゴマーは、このようなアルコキシシランの少なくとも一部を加水分解して得られる加水分解生成物(部分加水分解物、加水分解重縮合物等)からなる。
シリカオリゴマーを構成するアルコキシシランの加水分解生成物の重量平均分子量は500以上5000未満であることが好ましく、500〜4000であることがより好ましく、800〜3000であることがさらに好ましい。
本発明の塗料が含む高沸点溶媒について説明する。
高沸点溶媒は、沸点100℃以上の溶媒であれば特に限定されない。このような溶媒として、1−メトキシ−2−プロパノール、イソプロピルアルコール、ジアセトンアルコール(DAA)、エチレングリコールなどが挙げられる。
本発明の塗料は、上記のような無機酸化物微粒子(A)、無機酸化物微粒子(B)、シリカオリゴマーおよび高沸点溶媒を特定の質量比で含有する。
無機酸化物微粒子(B)は、無機酸化物微粒子(A)100質量部に対して、5〜500質量部含有し、10〜400質量部含有することが好ましく、50〜300質量部含有することがより好ましい。
シリカオリゴマーは、無機酸化物微粒子(A)100質量部に対して、1〜100質量部含有し、1〜60質量部含有することが好ましく、3〜50質量部含有することがより好ましく、5〜35質量部含有することがさらに好ましい。
高沸点溶媒は、無機酸化物微粒子(A)100質量部に対して、5〜1000質量部含有し、50〜700質量部含有することが好ましく、100〜500質量部含有することがより好ましい。
本発明の塗料は、上記のような無機酸化物微粒子(A)、無機酸化物微粒子(B)、シリカオリゴマーおよび高沸点溶媒以外に、その他の成分としてメタノール、エタノール、変性アルコール、水を含んでもよい。その他の成分は、無機酸化物微粒子(A)100質量部に対して1000質量部以下で含むことが好ましい。
本発明の塗料で高屈折率層を形成する際は、その層(以下、皮膜ともいう。)の厚さが300nm以上であることが好ましく、370nm以上であることがより好ましい。また、皮膜の厚さは2000nm以下であることが好ましく、1000nm以下であることがより好ましい。このような層厚とすると、平坦化の効果が得やすいためである。
このような本発明の塗料は屈折率が高い。具体的には1.7以上となり得る。また、粘度が適正範囲になりやすいため、平坦化層を形成しやすい傾向がある。また、粒子の分散性に優れる傾向がある。
<本発明の製造方法>
本発明の製造方法が備える工程[1]〜[5]の各工程について説明する。
工程[1]について説明する。
工程[1]では、TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2〜8、長径の平均粒子径が15〜100nm、短径の平均粒子径が5〜30nmである無機酸化物微粒子(A)を含む非水系分散液(a)を得る。
工程[1]では、例えば、次のような方法によって非水系分散液(a)を得ることができる。
初めに、チタン化合物を含む水溶液、ジルコニウム化合物を含む水溶液またはチタン化合物およびジルコニウム化合物を含む水溶液を用意し、ここへ酸または塩基、あるいは水を混合して加水分解してゲルを得る。
ここで、チタン化合物として、塩化チタン、四塩化チタン、硫酸チタン、水素化チタン、硫酸チタニル等のチタン塩、チタンテトラアルコキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトライソプロポキシド等のチタンアルコキシドが挙げられる。
また、ジルコニウム化合物として、塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム(塩化ジルコニル)、硫酸ジルコニウム、硫酸ジルコニル、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニル、炭酸ジルコニウム等の他、ジルコニウムアルコキシド等が挙げられる。
水溶液におけるチタン化合物とジルコニウム化合物との合計濃度(チタン化合物のみを含有する場合や、ジルコニウム化合物のみを含有する場合も含む)は特に制限されないが、酸化物として概ね10質量%以下であることが好ましく、7.5質量%以下であることがより好ましい。濃度が高すぎると、加水分解した際のゲルの粘度が高くなり、所望の態様を備える無機酸化物微粒子(A)が得難くなる。また、得られる本発明の塗料に含まれる微粒子が凝集する可能性があり、その場合、膜の形成が容易でなくなる場合がある。
上記のチタン化合物および/またはジルコニウム化合物の加水分解は、水溶液と酸または塩基と、あるいは水とを混合して行うことができる。塩基としてはNaOH、KOH、Na2CO3等のアルカリ金属水溶液、アンモニア、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等を用いることができる。酸は塩酸、硝酸、硫酸などを用いることができる。
また、混合する際の温度は特に制限はないが、10〜60℃で行うことが好ましく、30〜55℃で行うことがさらに好ましい。
また、この時のpHを8〜11とすることが好ましく、8.5〜10とすることがより好ましい。
次に、加水分解して得たゲルを洗浄することが好ましい。洗浄することによって生成する塩、あるいはアルコール等を除去することができる。洗浄方法は、生成する塩、あるいはアルコール等を除去できれば特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができる。例えば、生成したゲルの分散液を濾過し、純水あるいは希アンモニア水等を掛けることによって洗浄することができる。
洗浄後、ゲルはケーキ状となるが、これに純水等を加えスラリーとすることが好ましい。この場合、スラリーにおける固形分濃度を0.1〜10質量%とすることが好ましく、1〜8質量%とすることがより好ましく、3〜7質量%とすることがさらに好ましい。
次に、4級アルキルアンモニウム化合物(TAA)を加えることが好ましい。水熱処理の際に高結晶のチタン酸化物を得るためである。
また、4級アルキルアンモニウム化合物(TAA)のモル数(MAR)と、TiO2のモル数(MT)とZrO2のモル数(MZ)の合計モル数とのモル比((MAR)/(MT+MZ))が0.05〜5の範囲となるように添加することが好ましい。
4級アルキルアンモニウム化合物として、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド等が挙げられる。
次に、水熱処理する。ここで水熱処理温度は100〜300℃とすることが好ましく、120〜250℃とすることがより好ましい。水熱処理時間は温度によっても異なるが、概ね1〜48時間である。
水熱処理した後は、常温にまで冷却することが好ましい。
次に、酸を用いてpHを酸性側に調整する。具体的にはpHを0.2〜2.5とすることが好ましく、0.5〜1.5とすることがより好ましい。
ここで酸は従来公知ものであってよく、例えば塩酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液等を用いることができる。
その後、必要に応じて水系溶媒を分離除去する。また、必要に応じて非水系溶媒を添加する。添加する非水系溶媒は従来公知のものであってよく、例えばメタノール、エタノール、変性アルコール等を用いることができる。
なお、非水系溶媒を添加する前または添加しながら、酸調整して得られた分散液(無機酸化物微粒子(A)を含む液体)を洗浄することが好ましい。例えば限外ろ過膜を用いて濃縮した後、非水系溶媒を加え、再度、限外ろ過膜を用いて濃縮することで、前記分散液を洗浄することができる。また、遠心分離により、水系溶媒中の無機酸化物(A)を沈降させ、上澄みを除去した後、水系溶媒と同量の非水系溶媒を加えて、前記分散液を洗浄することができる。
また、TAAを希釈洗浄、またはイオン交換によって除くこともできる。
このような方法によって、非水系分散液(a)を得ることができる。
非水系分散液(a)が含む無機酸化物微粒子(A)の濃度は1〜30質量%であることが好ましく、2〜20質量%であることがより好ましく、5〜15質量%であることがさらに好ましい。
工程[2]について説明する。
工程[2]では、TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2未満、平均粒子径が10〜100nmである無機酸化物微粒子(B)を含む非水系分散液(b)を得る。
工程[2]では、例えば、次のような方法によって非水系分散液(b)を得ることができる。
初めに、工程[1]の場合と同様にして、チタン化合物を含む水溶液、ジルコニウム化合物を含む水溶液またはチタン化合物およびジルコニウム化合物を含む水溶液を用意し、ここへ酸または塩基、あるいは水を混合して加水分解してゲルを得た後、必要に応じてこれを洗浄する。
次に、酸化剤を加え、加熱し、ゲルを溶解する。
酸化剤は過酸化水素であることが好ましい。
酸化剤として過酸化水素を用いる場合、過酸化水素の使用量はゲルを溶解することができれば特に制限されないが、過酸化水素(H22)の質量とゲルの酸化物(TiO2+ZrO2)としての質量との比(H22/(TiO2+ZrO2))を1〜40とすることが好ましく、2〜30とすることがより好ましい。
ゲルを溶解する際の加熱温度は、酸化剤(過酸化水素が好ましい)の使用量によっても異なるが30〜100℃であることが好ましく、70〜90℃であることがより好ましい。なお、溶解時間は、温度によっても異なるが、通常0.5〜12時間である。
以降の処理は、工程[1]の場合と同様であってよい。すなわち、ゲルを溶解して得られた水溶液に、必要に応じて4級アルキルアンモニウム化合物(TAA)を加え、水熱処理し、酸を用いてpHを酸性側に調整し、必要に応じて水系溶媒を遠心分離等の方法で分離除去し、必要に応じて洗浄し、必要に応じて非水系溶媒を添加する。
このような方法によって、非水系分散液(b)を得ることができる。
非水系分散液(b)が含む無機酸化物微粒子(B)の濃度は1〜30質量%であることが好ましく、2〜20質量%であることがより好ましく、5〜15質量%であることがさらに好ましい。
工程[3]について説明する。
工程[3]では、アルコキシシランの加水分解生成物からなるシリカオリゴマーを得る。
シリカオリゴマーは前記アルコキシシランを加水分解して得ることができる。
例えば、加水分解は酸またはアルカリを添加して加水分解し、必要に応じて熟成することによって得ることができる。
工程[4]について説明する。
工程[4]では、沸点100℃以上の高沸点溶媒を得る。
本発明の塗料において用いることができる高沸点溶媒を用いることができる。
工程[5]について説明する。
工程[5]では、前記非水系分散液(a)と、前記非水系分散液(b)と、前記シリカオリゴマーと、前記高沸点溶媒と、を混合して高屈折率無機平坦化層形成用塗料を得る。
ここで、前記非水系分散液(a)と前記非水系分散液(b)とを混合して混合液を得た後、この混合液へ前記シリカオリゴマーおよび前記高沸点溶媒を加えることが好ましい。
これらを混合する方法は特に限定されない。例えば従来公知の撹拌方法を適用することができる。
また、各々の混合比は、前記無機酸化物微粒子(A):100質量部に対して、前記無機酸化物微粒子(B):5〜500質量部、前記シリカオリゴマー:1〜100質量部、前記高沸点溶媒:5〜1000質量部とする。
好ましい混合比については、本発明の塗料の場合と同様とすることができる。
本発明の製造方法によって得られる塗料で高屈折率層を形成する際は、その層(以下、皮膜ともいう。)の厚さが300nm以上であることが好ましく、370nm以上であることがより好ましい。また、皮膜の厚さは2000nm以下であることが好ましく、1000nm以下であることがより好ましい。このような層厚とすると、平坦化の効果が得やすいためである。
以下に本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
<酸化チタン微粒子(A)分散液の調製>
四塩化チタン溶液(TiO2濃度:27.8質量%)183.5gを、純水でTiO2濃度が5質量%となるまで希釈し、さらに、pHが9.3となるように15質量%濃度のアンモニア水を加え、よく混合して、酸化チタン水和物ヒドロゲルスラリーを得た。
次に、得られた酸化チタン水和物ヒドロゲルスラリーを純水を用いてろ過洗浄した後、回収したケーキに純水を加えてTiO2濃度が5質量%となるように調整し、さらに、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)の濃度が0.1質量%となるように、濃度25質量%のTMAH水溶液を加えた。そして、オートクレーブを用いて170℃にて18時間熟成した後、常温に冷却した。
次に、硝酸水溶液を用いてpHが1.0となるように調整した後、限外ろ過膜を用いてTiO2濃度が20質量%となるように濃縮した。その後、メタノールを溶媒に対して3倍量(体積比)加え、TiO2濃度が10質量%となるまで限外ろ過膜を用いて濃縮した。そして、再度、メタノールを溶媒に対して3倍量(体積比)加え、TiO2濃度が15質量%となるまで限外ろ過膜を用いて濃縮して、酸化チタン微粒子(A)の分散液を調整した。
得られた分散液を透過型電子顕微鏡(型番H−800、日立製作所製)を用いて250,000倍に拡大して観察したところ、これに含まれる酸化チタン微粒子(A)の形状は棒状または球状であることを確認した。また、その個数比は、棒状:球状=7:3であった。
得られた分散液に含まれる酸化チタン微粒子(A)の長径/短径比は3.33、長径の平均粒子径は48nm、短径の平均粒子径は14nmであった。なお、長径および短径は、透過型電子顕微鏡(型番H−800、日立製作所製)を用い、前述の方法で測定した。
<酸化チタン微粒子(B)分散液の調製>
四塩化チタン溶液(TiO2濃度:27.8質量%)183.5gを、純水でTiO2濃度が5質量%となるまで希釈し、さらに、pHが9.3となるように15質量%濃度のアンモニア水を加え、よく混合して、酸化チタン水和物ヒドロゲルスラリーを得た。
次に、得られた酸化チタン水和物ヒドロゲルスラリーを純水を用いてろ過洗浄した後、回収したケーキに純水を加えてTiO2濃度が1質量%のスラリーを調整した。
次に、得られたスラリー800gに対して、濃度5質量%過酸化水素液400gを混合し、ついで80℃で2時間加熱して溶解し、TiO2としての濃度が0.67質量%であるペルオキソチタン酸水溶液を得た。
次に、得られたペルオキソチタン酸水溶液に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)の濃度が0.1質量%となるように、濃度25質量%のTMAH水溶液を加えた。そして、オートクレーブを用いて140℃にて15時間熟成した後、常温に冷却した。
次に、硝酸水溶液を用いてpHが1.0となるように調整した後、限外ろ過膜を用いてTiO2濃度が20質量%となるように濃縮した。その後、メタノールを溶媒に対して3倍量(体積比)加え、TiO2濃度が10質量%となるまで限外ろ過膜を用いて濃縮した。そして、再度、メタノールを溶媒に対して3倍量(体積比)加え、TiO2濃度が10質量%となるまで限外ろ過膜を用いて濃縮して、酸化チタン微粒子(B)の分散液を調整した。
得られた分散液を、透過型電子顕微鏡(型番H−800、日立製作所製)を用いて250,000倍に拡大して観察したところ、これに含まれる酸化チタン微粒子(B)の形状は球状であることを確認した。
得られた分散液に含まれる酸化チタン微粒子(B)の長径/短径比は1.53、長径の平均粒子径は15.2nm、短径の平均粒子径は10nmであった。なお、長径および短径の測定方法は前述のとおりである。
<シリカ系バインダーの調製>
エタノール1350gに硝酸濃度1.0質量%の硝酸水溶液を300g加え、よく撹拌した後、さらにテトラエトキシシラン(TEOS)350gを加えて、2時間撹拌することで、SiO2換算の濃度が5質量%であるシリカ系バインダーを得た。
<平坦化層形成用塗料の調製>
得られた酸化チタン微粒子(A)と酸化チタン微粒子(B)とを質量比で35:65となるように混合した後、TiO2に対するSiO2濃度が5質量%となるようにシリカ系バインダーを混合し、さらに、溶媒中における酸化チタン微粒子(A)、酸化チタン微粒子(B)およびシリカ系バインダーの合計の質量濃度が10質量%となるように1−メトキシ−2−プロパノール(PGME)およびメタノールを添加し、撹拌混合を行うことで、平坦化層形成用塗料を調整した。
ここで平坦化層形成用塗料の溶媒にはPGMEおよびメタノールが含まれる。溶媒中のPGMEとメタノールとの質量比は1:9である。溶媒には、その他にエタノールや変性アルコールが含まれる。
<屈折率の測定>
次に、得られた平坦化層形成用塗料を、スピンコーター(ミカサ株式会社製、型番:1H−360S)を用いて1000rpmの回転数でシリコンウエハ上に塗布した後、これを120℃に調整した乾燥機内に1時間保持して乾燥し、その後、250℃に調整した焼成炉内に1時間保持して焼成して、層厚389nmの皮膜層をシリコンウエハ上に形成した。
そして、得られた皮膜層の屈折率をエリプソメーター(アルバック社製、ESM−1型)を用いて測定した。
結果を第1表に示す。なお、第1表には測定条件等についても示した。第1表における粘度は、20℃に調整した平坦化層用塗料20mlをB型回転粘度計を用いて測定して得た値である。
[実施例2]
実施例1では、酸化チタン微粒子(A)と酸化チタン微粒子(B)とを質量比で35:65となるように混合した後、シリカ系バインダーを混合し、さらにPGMEおよびメタノールを添加し、撹拌混合を行うことで、平坦化層形成用塗料を調整したが、実施例2は、酸化チタン微粒子(A)と酸化チタン微粒子(B)とを質量比で50:50となるように混合した後、シリカ系バインダーを混合し、さらにPGMEおよびメタノール(質量比1:9)を添加し、撹拌混合を行うことで、平坦化層形成用塗料を調整した。そして、それ以外はすべて実施例1と同様の操作を行い、同様の方法で屈折率を測定した。
結果を第1表に示す。
[実施例3]
実施例1では、酸化チタン微粒子(A)と酸化チタン微粒子(B)とを質量比で35:65となるように混合した後、シリカ系バインダーを混合し、さらにPGMEおよびメタノールを添加し、撹拌混合を行うことで、平坦化層形成用塗料を調整したが、実施例3は、酸化チタン微粒子(A)と酸化チタン微粒子(B)とを質量比で85:15となるように混合した後、シリカ系バインダーを混合し、さらにPGMEおよびメタノール(質量比1:9)を添加し、撹拌混合を行うことで、平坦化層形成用塗料を調整した。そして、それ以外はすべて実施例1と同様の操作を行い、同様の方法で屈折率を測定した。
結果を第1表に示す。
[比較例1]
実施例1では、酸化チタン微粒子(A)と酸化チタン微粒子(B)とを質量比で35:65となるように混合した後、シリカ系バインダーを混合し、さらにPGMEおよびメタノールを添加し、撹拌混合を行うことで、平坦化層形成用塗料を調整したが、比較例1は、酸化チタン微粒子(B)とシリカ系バインダーとを混合した後、PGMEおよびメタノール(質量比1:9)を添加し、攪拌混合を行うことで、平坦化層形成用塗料を調整した。すなわち、比較例1では酸化チタン微粒子(A)を用いなかった。そして、それ以外はすべて実施例1と同様の操作を行い、同様の方法で屈折率を測定した。
結果を第1表に示す。
Figure 2015117277
第1表より、実施例1〜3の皮膜層はいずれも屈折率が高く、具体的には1.70以上であることがわかる。

Claims (2)

  1. TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2〜8、長径の平均粒子径が15〜100nm、短径の平均粒子径が5〜30nmである無機酸化物微粒子(A):100質量部、
    TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2未満、平均粒子径が10〜100nmである無機酸化物微粒子(B):5〜500質量部、
    アルコキシシランの加水分解生成物からなるシリカオリゴマー:1〜100質量部、
    沸点100℃以上の高沸点溶媒:5〜1000質量部、
    を含む、高屈折率無機平坦化層形成用塗料。
  2. 下記[1]〜[5]の各工程を備える、高屈折率無機平坦化層形成用塗料の製造方法。
    工程[1]:TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2〜8、長径の平均粒子径が15〜100nm、短径の平均粒子径が5〜30nmである無機酸化物微粒子(A)を含む非水系分散液(a)を得る工程。
    工程[2]:TiO2およびZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とし、長径/短径比が2未満、平均粒子径が10〜100nmである無機酸化物微粒子(B)を含む非水系分散液(b)を得る工程。
    工程[3]:アルコキシシランの加水分解生成物からなるシリカオリゴマーを得る工程。
    工程[4]:沸点100℃以上の高沸点溶媒を得る工程。
    工程[5]:前記非水系分散液(a)と、前記非水系分散液(b)と、前記シリカオリゴマーと、前記高沸点溶媒と、を混合し、
    前記無機酸化物微粒子(A):100質量部に対して、
    前記無機酸化物微粒子(B):5〜500質量部、
    前記シリカオリゴマー:1〜100質量部、
    前記高沸点溶媒:5〜1000質量部、
    を含む高屈折率無機平坦化層形成用塗料を得る工程。
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