JP2018141028A - 光硬化性組成物、それを用いた硬化物及び光学部品 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光硬化性組成物、それを用いた硬化物及び光学部品に関する。詳細には、光学部品の製造において、モールドを用いて光照射し連続的に成形(転写)する(ナノインプリント)工程に好適に用いられる光硬化性組成物、及びそれを硬化して得られる硬化物及びその硬化物を用いて製造される、光取り出し効率に優れた光学部品に関する。
発光ダイオード(LED)はエネルギー変換効率に優れており、長寿命であることから電子機器等に多用されている。LED素子は無機材料基板の上にGaN系半導体から成る発光層が積層された構造を有する。しかし、無機材料基板とGaN系半導体及び大気との間には大きな屈折率差が存在し、発光層で生じた全光量のうち多くが内部で反射を繰り返して消滅するため、光取り出し効率が悪い。そのため、無機材料基板の表面に数μm程度の微細なパターンを形成し、その上にGaN系半導体から成る発光層を積層することによって光取り出し効率を向上する方法が採用されている。
微細なパターンを形成する方法としてはリソグラフィ法とナノインプリント法が知られている。リソグラフィ法は装置が高価であり、プロセスが複雑であるのに対し、ナノインプリント法は極めて簡便な装置とプロセスによって微細パターンを作製することができるため有利である。
ナノインプリント法では、基板上にレジストの塗膜を形成し、前記塗膜に微細パターンの形状を有するモールドをプレスして微細パターンを転写し、その後、塗膜を硬化させたものをマスクとして使用して基板をドライエッチングすることにより基板上に微細パターンを作製することができる。そして、高温条件下でのドライエッチング耐性を向上する方法として、特許文献1、2には、レジストに高分子量の成分を多量に添加したり、無機フィラーを添加する方法が記載されている。
上記特許文献1及び2のように、高分子量の成分を多量に添加すると、転写性や塗布性が低下することが問題である。また、無機フィラーを添加するとドライエッチング後に硬質の残渣が生じる場合があり、それにより歩留まりが低下することが問題である。また、従来のレジストを使用して、高温環境下でドライエッチングを行った際にレジスト焼けが発生することがあり、レジストの耐熱温度によってドライエッチングの工程温度が制限されることも問題である。
上記ナノインプリント法は、光学部品を作るうえで、精度よく形状転写を行うことはもちろん、繰り返しモールドを使用することができるため、生産性を大幅に向上させることができる。しかし、特にモールドとしてシリコンモールドを用いた場合、繰り返しモールドを使用すると、樹脂によりモールドが膨潤し、精度よく形状転写できなくなるため、モールドを交換する必要があり、生産性が低下するという問題がある。
他には、樹脂フィルムを使ったインプリント成形も提唱されているが、モールドを1回の使いきりになるため、経済性、環境面において課題を抱えている。1つのモールドの使用回数が向上すればコストダウンに大きく寄与することができる。
従って、本発明の目的は、塗布性、速硬化性、薄膜硬化性に優れ、ナノインプリント法において、形状転写性を担保しつつ、樹脂によるモールドの膨潤を抑制することができ、モールドの耐久性を向上させることができる経済性に優れる光硬化性組成物を提供することにある。また、本発明の目的は、上記光硬化性組成物を硬化させた、エッチング耐性に優れる硬化物を提供することにある。さらに、本発明の目的は、上記硬化物をマスクとして用いた、光取り出し効率に優れる光学部品を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の脂環式エポキシ化合物、オキセタン化合物、カチオン硬化性化合物及び光重合開始剤を含む光硬化性組成物が、速硬化性や薄膜硬化性、硬化物としたときのエッチング耐性に優れ、ナノインプリント法において、形状転写性に優れ、樹脂によるモールドの膨潤を抑制することができ、モールドの耐久性を向上させることができることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成させたものである。
すなわち、本発明は、下記成分(A)、成分(B)、成分(C)、及び成分(D)を含み、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量に対して、前記成分(A)の含有量が、10〜50重量%であり、前記成分(C)の含有量が、20〜60重量%である光硬化性組成物を提供する。
成分(A):下記式(a)で表される脂環式エポキシ化合物
[式中、R1〜R18は同一又は異なって、水素原子、ハロゲン原子、酸素原子若しくはハロゲン原子を含んでいてもよい炭化水素基、又は置換基を有していてもよいアルコキシ基を示す。Xは単結合又は連結基を示す]
成分(B):FedorsのSP値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるオキセタン化合物
成分(C):重量平均分子量が2000以上、及び/又はFedorsのSP値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるカチオン硬化性化合物(前記成分(A)、成分(B)に含まれる化合物を除く)
成分(D):光重合開始剤
成分(A):下記式(a)で表される脂環式エポキシ化合物
成分(B):FedorsのSP値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるオキセタン化合物
成分(C):重量平均分子量が2000以上、及び/又はFedorsのSP値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるカチオン硬化性化合物(前記成分(A)、成分(B)に含まれる化合物を除く)
成分(D):光重合開始剤
また、本発明は、前記成分(B)の含有量が、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量に対して、10〜60重量%である前記の光硬化性組成物を提供する。
また、本発明は、前記成分(D)の含有量が、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量(100重量部)に対して、0.05〜10重量部である前記の光硬化性組成物を提供する。
また、本発明は、前記成分(A)のFedorsのSP値が、9.2(cal/cm3)1/2以上である前記の光硬化性組成物を提供する。
また、本発明は、さらに表面改質剤を含む前記の光硬化性組成物を提供する。
また、本発明は、光学部品製造用である前記の光硬化性組成物を提供する。
また、本発明は、前記の光硬化性組成物の硬化物を提供する。
また、本発明は、パターンが形成された塗膜である前記の硬化物を提供する。
また、本発明は、シリコンモールドを用いて転写されたパターンである前記の硬化物を提供する。
また、本発明は、前記シリコンモールドの原料が、ポリジメチルシロキサンである前記の硬化物を提供する。
また、本発明は、前記光硬化性組成物の硬化が、UV−LEDを用いた硬化である前記の硬化物を提供する。
また、本発明は、前記の硬化物をマスクとして使用して基板をエッチングする工程を経て得られる光学部品を提供する。
本発明の光硬化性組成物は、上記構成を有するため、塗布性、速硬化性、薄膜硬化性に優れ、ナノインプリント法において、形状転写性に優れ、さらに樹脂によるモールドの膨潤を抑制することができるためモールドの耐久性が向上し、モールドを繰り返し使用できるため経済性にも優れる。また、本発明の硬化物は、エッチング耐性に優れる。また、本発明の光学部品は、光取り出し効率に優れる。
[成分(A)]
本発明の光硬化性組成物は、下記式(a)で表される脂環式エポキシ化合物(「成分(A)」と称する)を1種又は2種以上含む。
[式中、R1〜R18は同一又は異なって、水素原子、ハロゲン原子、酸素原子若しくはハロゲン原子を含んでいてもよい炭化水素基、又は置換基を有していてもよいアルコキシ基を示す。Xは単結合又は連結基を示す]
本発明の光硬化性組成物は、下記式(a)で表される脂環式エポキシ化合物(「成分(A)」と称する)を1種又は2種以上含む。
R1〜R18におけるハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等を挙げることができる。
R1〜R18における炭化水素基としては、例えば脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、及びこれらが2以上結合した基を挙げることができる。
上記脂肪族炭化水素基としては、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、イソオクチル、デシル、ドデシル基等の炭素数1〜20(=C1-20)アルキル基(好ましくはC1-10アルキル基、特に好ましくはC1-4アルキル基);ビニル、アリール、メタリル、1−プロペニル、イソプロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、5−ヘキセニル基等のC2-20アルケニル基(好ましくはC2-10アルケニル基、特に好ましくはC2-4アルケニル基);エチニル、プロピニル基等のC2-20アルキニル基(好ましくはC2-10アルキニル基、特に好ましくはC2-4アルキニル基)等を挙げることができる。
上記脂環式炭化水素基としては、例えばシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロドデシル基等のC3-12シクロアルキル基;シクロヘキセニル基等のC3-12シクロアルケニル基;ビシクロヘプタニル、ビシクロヘプテニル基等のC4-15架橋環式炭化水素基等を挙げることができる。
上記芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル、ナフチル基等のC6-14アリール基(好ましくはC6-10アリール基)等を挙げることができる。
R1〜R18における酸素原子若しくはハロゲン原子を含んでいてもよい炭化水素基としては、上述の炭化水素基における少なくとも1つの水素原子が、酸素原子を有する基又はハロゲン原子を有する基で置換された基等を挙げることができる。上記酸素原子を有する基としては、例えば、ヒドロキシル基;ヒドロパーオキシ基;メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロピルオキシ、ブトキシ、イソブチルオキシ基等のC1-10アルコキシ基;アリールオキシ基等のC2-10アルケニルオキシ基;C1-10アルキル基、C2-10アルケニル基、ハロゲン原子、及びC1-10アルコキシ基から選択される置換基を有していてもよいC6-14アリールオキシ基(例えばトリルオキシ、ナフチルオキシ基等);ベンジルオキシ、フェネチルオキシ基等のC7-18アラルキルオキシ基;アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、(メタ)アクリロイルオキシ、ベンゾイルオキシ基等のC1-10アシルオキシ基;メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル基等のC1-10アルコキシカルボニル基;C1-10アルキル基、C2-10アルケニル基、ハロゲン原子、及びC1-10アルコキシ基から選択される置換基を有していてもよいC6-14アリールオキシカルボニル基(例えばフェノキシカルボニル、トリルオキシカルボニル、ナフチルオキシカルボニル基等);ベンジルオキシカルボニル基等のC7-18アラルキルオキシカルボニル基;グリシジルオキシ基等のエポキシ基含有基;エチルオキセタニルオキシ基等のオキセタニル基含有基;アセチル、プロピオニル、ベンゾイル基等のC1-10アシル基;イソシアナート基;スルホ基;カルバモイル基;オキソ基;及びこれらの2以上が単結合又はC1-10アルキレン基等を介して結合した基等を挙げることができる。上記ハロゲン原子を有する基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等を挙げることができる。
R1〜R18におけるアルコキシ基としては、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロピルオキシ、ブトキシ、イソブチルオキシ基等のC1-10アルコキシ基を挙げることができる。
上記の置換基を有していてもよいアルコキシ基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、C1-10アルコキシ基、C2-10アルケニルオキシ基、C6-14アリールオキシ基、C1-10アシルオキシ基、メルカプト基、C1-10アルキルチオ基、C2-10アルケニルチオ基、C6-14アリールチオ基、C7-18アラルキルチオ基、カルボキシル基、C1-10アルコキシカルボニル基、C6-14アリールオキシカルボニル基、C7-18アラルキルオキシカルボニル基、アミノ基、モノ又はジC1-10アルキルアミノ基、C1-10アシルアミノ基、エポキシ基含有基、オキセタニル基含有基、C1-10アシル基、オキソ基、及びこれらの2以上が単結合又はC1-10アルキレン基等を介して結合した基等を挙げることができる。
R1〜R18としては、なかでも水素原子が好ましい。
上記式(a)中、Xは単結合又は連結基を示す。前記連結基としては、例えば、二価の炭化水素基、炭素−炭素二重結合の一部又は全部がエポキシ化されたアルケニレン基、カルボニル基(−CO−)、エーテル結合(−O−)、エステル結合(−COO−)、カーボネート基(−O−CO−O−)、アミド基(−CONH−)、及びこれらが複数個連結した基等を挙げることができる。
上記2価の炭化水素基としては、例えば、メチレン、メチルメチレン、ジメチルメチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン基等の直鎖又は分岐鎖状のC1-18アルキレン基(好ましくは直鎖又は分岐鎖状のC1-3アルキレン基);1,2−シクロペンチレン、1,3−シクロペンチレン、シクロペンチリデン、1,2−シクロヘキシレン、1,3−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキシレン、シクロヘキシリデン基等のC3-12シクロアルキレン基、及びC3-12シクロアルキリデン基(好ましくはC3-6シクロアルキレン基、及びC3-6シクロアルキリデン基)等を挙げることができる。
上記炭素−炭素二重結合の一部又は全部がエポキシ化されたアルケニレン基(「エポキシ化アルケニレン基」と称する場合がある)におけるアルケニレン基としては、例えば、ビニレン、プロペニレン、1−ブテニレン、2−ブテニレン、ブタジエニレン、ペンテニレン、ヘキセニレン、ヘプテニレン、オクテニレン基等の炭素数2〜8の直鎖状又は分岐鎖状のアルケニレン基等が挙げられる。特に、上記エポキシ化アルケニレン基としては、炭素−炭素二重結合の全部がエポキシ化されたアルケニレン基が好ましく、より好ましくは炭素−炭素二重結合の全部がエポキシ化された炭素数2〜4のアルケニレン基である。
式(a)で表される化合物の代表的な例としては、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート、(3,4,3’,4’−ジエポキシ)ビシクロヘキシル、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、1,2−エポキシ−1,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)エタン、2,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)プロパン、1,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)エタン等を挙げることができる。なかでも3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート、(3,4,3’,4’−ジエポキシ)ビシクロヘキシルが特に好ましい。式(a)で表される化合物の市販品としては、商品名「セロキサイド2021P」((株)ダイセル製)等を使用することができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記式(a)で表される化合物は、例えば下記式(a')で表される化合物と過酸(例えば、過酢酸等)を反応させて式(a')中の二重結合部をエポキシ化することにより製造することができる。なお、下記式(a')中のR1〜R18、Xは上記に同じ。
本発明の光硬化性組成物における、成分(A)の含有量(2種以上含有する場合はその総量)は、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量に対して、10〜50重量%であり、好ましくは10〜45重量%であり、より好ましくは10〜40重量%であり、さらに好ましくは10〜35重量%である。脂環式エポキシ化合物(A)の含有量が上記範囲であるため、光硬化性組成物の速硬化性、薄膜硬化性に優れ、エッチング耐性に優れた硬化物が得られやすい。なお、光硬化性化合物には、成分(A)、成分(B)、成分(C)、及び任意の成分であるその他の光硬化性化合物が含まれる。
成分(A)のFedorsの方法による25℃におけるSP値(溶解度パラメーター)[Polym. Eng. Sci., 14, 147(1974)参照]の値は、例えば9.2以上であり、好ましくは9.2〜15であり、より好ましくは9.3〜12であり、さらに好ましくは9.5〜11である。成分(A)のSP値が上記範囲であると、硬化性組成物によるモールドの膨潤を抑制できるため、モールドの耐久性を維持でき、転写回数を増加させることができる。なお、上記SP値の単位は、(cal/cm3)1/2である。
[成分(B)]
本発明の光硬化性組成物は、Fedorsの方法による25℃におけるSP値(溶解度パラメーター)の値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるオキセタン化合物(「成分(B)」と称する)を1種又は2種以上含む。成分(B)は、例えば下記式(b)で表される。
[式中、Reは1価の有機基を示し、Rfは水素原子又はエチル基を示す。tは0以上の整数を示す]
本発明の光硬化性組成物は、Fedorsの方法による25℃におけるSP値(溶解度パラメーター)の値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるオキセタン化合物(「成分(B)」と称する)を1種又は2種以上含む。成分(B)は、例えば下記式(b)で表される。
前記Reにおける1価の有機基には1価の炭化水素基、1価の複素環式基、置換オキシカルボニル基(アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、アラルキルオキシカルボニル、シクロアルキルオキシカルボニル基等)、置換カルバモイル基(N−アルキルカルバモイル、N−アリールカルバモイル基等)、アシル基(アセチル基等の脂肪族アシル基;ベンゾイル基等の芳香族アシル基等)、及びこれらの2以上が単結合又は連結基を介して結合した1価の基が含まれる。
前記1価の炭化水素基としては、上記式(a)中のR1〜R18と同様の例を挙げることができる。
前記1価の炭化水素基は、種々の置換基[例えば、ハロゲン原子、オキソ、ヒドロキシル、置換オキシ基(例えば、アルコキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、アシルオキシ基等)、カルボキシル、置換オキシカルボニル基(アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、アラルキルオキシカルボニル基等)、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、スルホ基、複素環式基等]を有していてもよい。上記ヒドロキシル基やカルボキシル基は有機合成の分野で慣用の保護基で保護されていてもよい。
上記複素環式基を構成する複素環には芳香族性複素環と非芳香族性複素環が含まれ、例えばヘテロ原子として酸素原子を含む複素環(例えば、オキセタン環等の4員環;フラン環、テトラヒドロフラン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、γ−ブチロラクトン環等の5員環;4−オキソ−4H−ピラン環、テトラヒドロピラン環、モルホリン環等の6員環;ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、4−オキソ−4H−クロメン環、クロマン環、イソクロマン環等の縮合環;3−オキサトリシクロ[4.3.1.14,8]ウンデカン−2−オン環、3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン環等の架橋環)、ヘテロ原子として硫黄原子を含む複素環(例えば、チオフェン環、チアゾール環、イソチアゾール環、チアジアゾール環等の5員環;4−オキソ−4H−チオピラン環等の6員環;ベンゾチオフェン環等の縮合環等)、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環(例えば、ピロール環、ピロリジン環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環等の5員環;ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペリジン環、ピペラジン環等の6員環;インドール環、インドリン環、キノリン環、アクリジン環、ナフチリジン環、キナゾリン環、プリン環等の縮合環等)等を挙げることができる。1価の複素環式基としては、上記複素環の構造式から1個の水素原子を除いた基を挙げることができる。
上記複素環式基は、前記炭化水素基が有していてもよい置換基のほか、アルキル基(例えば、メチル、エチル基等のC1-4アルキル基等)、C3-12シクロアルキル基、C6-14アリール基(例えば、フェニル、ナフチル基等)等の置換基を有していてもよい。
上記連結基としては、例えば、カルボニル基(−CO−)、エーテル結合(−O−)、チオエーテル結合(−S−)、エステル結合(−COO−)、アミド結合(−CONH−)、カーボネート結合(−OCOO−)、シリル結合(−Si−)、及びこれらが複数個連結した基等を挙げることができる。
上記tは、0以上の整数を示し、例えば0〜12、好ましくは1〜6である。
上記式(b)で表される化合物の市販品としては、例えば、商品名「アロンオキセタンOXT−101」、「アロンオキセタンOXT−610」(以上、東亞合成(株)製)、商品名「OXBP」(宇部興産(株)製)等を使用することができる。
本発明の光硬化性組成物における、成分(B)の含有量(2種以上含有する場合はその総量)は、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量に対して、例えば10〜60重量%であり、好ましくは10〜50重量%であり、より好ましくは15〜45重量%であり、さらに好ましくは15〜35重量%である。成分(B)の含有量が上記範囲であると、光硬化性組成物の速硬化性、薄膜硬化性に優れる。なお、光硬化性化合物には、成分(A)、成分(B)、成分(C)、及び任意の成分であるその他の光硬化性化合物が含まれる。
成分(B)のFedorsの方法による25℃におけるSP値(溶解度パラメーター)[Polym. Eng. Sci., 14, 147(1974)参照]の値は、9.2以上であり、好ましくは9.2〜15であり、より好ましくは9.3〜12であり、さらに好ましくは9.5〜11である。成分(B)のSP値が上記範囲であるため、光硬化性組成物によるモールドの膨潤を抑制できるため、モールドの耐久性を維持でき、転写回数を増加させることができる。なお、上記SP値の単位は、(cal/cm3)1/2である。
[成分(C)]
本発明の光硬化性組成物は、重量平均分子量(Mw;GPCによる標準ポリスチレン換算)が2000以上、及び/又は、Fedorsの方法による25℃におけるSP値(溶解度パラメーター)の値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるカチオン硬化性化合物(前記成分(A)、成分(B)に含まれる化合物を除く;「成分(C)」と称する)を1種又は2種以上含む。成分(C)は、「重量平均分子量が2000以上」、「SP値の値が9.2以上」の何れか一方の物性を有する化合物であり、両方の物性を有していてもよい。なお、成分(C)は、ポリマー、オリゴマー等である樹脂であってもよい。
本発明の光硬化性組成物は、重量平均分子量(Mw;GPCによる標準ポリスチレン換算)が2000以上、及び/又は、Fedorsの方法による25℃におけるSP値(溶解度パラメーター)の値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるカチオン硬化性化合物(前記成分(A)、成分(B)に含まれる化合物を除く;「成分(C)」と称する)を1種又は2種以上含む。成分(C)は、「重量平均分子量が2000以上」、「SP値の値が9.2以上」の何れか一方の物性を有する化合物であり、両方の物性を有していてもよい。なお、成分(C)は、ポリマー、オリゴマー等である樹脂であってもよい。
また、成分(C)は、カチオン硬化性基を1つ以上(好ましくは2つ以上)含む化合物である。前記カチオン硬化性基としては、例えば、エポキシ基、オキセタニル基、グリシジルエーテル基、ビニルエーテル基、水酸基等を挙げることができる。なかでもエポキシ基、オキセタニル基、グリシジルエーテル基が好ましく、特にグリシジルエーテル基が好ましい。すなわち、成分(C)としてはエポキシ化合物が好ましい。
上記エポキシ化合物としては、グリシジルエーテル型エポキシ化合物、グリシジルアミン型エポキシ化合物、グリシジルエステル型エポキシ化合物、オレフィン酸化型エポキシ化合物等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記グリシジルエーテル型エポキシ化合物としては、例えば、芳香族グリシジルエーテル型エポキシ化合物、脂環式グリシジルエーテル型エポキシ化合物、脂肪族グリシジルエーテル型エポキシ化合物等を挙げることができる。
上記芳香族グリシジルエーテル型エポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、ビスフェノールF型ジグリシジルエーテル等を挙げることができる。ビスフェノールA型ジグリシジルエーテルとしては、例えば、ビスフェノールAビス(プロピレングリコールグリシジルエーテル)エーテル、ビスフェノールAビス(トリエチレングリコールグリシジルエーテル)エーテル等を挙げることができる。ビスフェノールA型ジグリシジルエーテルの市販品としては、商品名「リカレジン BPO−20E」、「リカレジン BPO−60E」(新日本理化化学(株)製)等を使用することができる。
上記脂環式グリシジルエーテル型エポキシ化合物としては、水添ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールF型ジグリシジルエーテル、ノボラック型エポキシ化合物(例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン・フェノール共重合ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン・ナフトール共重合ノボラック型エポキシ樹脂等)等を挙げることができる。ノボラック型エポキシ化合物の市販品としては、商品名「EPICLON N−890」(DIC(株)製)等を使用することができる。
上記脂肪族グリシジルエーテル型エポキシ化合物としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル等を挙げることができる。脂肪族グリシジルエーテル型エポキシ化合物の市販品としては、商品名「エポライト40E」、「エポライト100E」、「エポライト200E」、「エポライト400E」(共栄社化学(株)製)、商品名「YH−300」(新日鉄住金化学(株)製)等を使用することができる。
上記グリシジルアミン型エポキシ化合物には、アミノフェノール型エポキシ化合物等のアミンをグリシジル化したエポキシ化合物が含まれる。
上記グリシジルエステル型エポキシ化合物には、例えば、フタル酸系グリシジルエステル型エポキシ化合物等のカルボン酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られる化合物等を挙げることができる。
上記オレフィン酸化型エポキシ化合物には、ポリブタジエン骨格やポリイソプレン骨格を有する分子鎖の二重結合の一部がエポキシ化された化合物等を挙げることができる。オレフィン酸化型エポキシ化合物の市販品としては、例えば、商品名「エポリードPB3600」((株)ダイセル製)、「Poly ip」(出光興産(株)製)等を使用することができる。
ビニルエーテル基を有する化合物(ビニルエーテル化合物)としては、例えば、ブタンジオールジビニルエーテル、オクタンジオールジビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジアクリレート、オクタンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ブタンジオールジメタクリレート、オクタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、シクロヘキシレンジメタノールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、シクロヘキシレンジメタノールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、シクロヘキシレンジメタノールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等を挙げることができる。
水酸基を有する化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール(PEG600)、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール(PPG)、グリセロール、ジグリセロール、テトラグリセロール、ポリグリセロール、トリメチロールプロパン及びその多量体、ペンタエリスリトール及びその多量体、グルコース、フルクトース、ラクトース、マルトース等の単/多糖類等を挙げることができる。
成分(C)の重量平均分子量(Mw;GPCによる標準ポリスチレン換算)は、例えば2000以上(例えば、2000〜100000)であり、好ましくは2000〜50000であり、より好ましくは2500〜30000、さらに好ましくは3000〜10000である。成分(C)の分子量が上記範囲であると、光硬化性組成物によるモールドの膨潤を抑制できるため、モールドの耐久性を維持でき、転写回数を増加させることができる。
成分(C)のFedorsの方法による25℃におけるSP値(溶解度パラメーター)[Polym. Eng. Sci., 14, 147(1974) 参照]の値は、例えば9.2以上であり、好ましくは9.2〜15であり、より好ましくは9.3〜13であり、さらに好ましくは9.5〜12である。成分(C)のSP値が上記範囲であると、光硬化性組成物によるモールドの膨潤を抑制できるため、モールドの耐久性を維持でき、転写回数を増加させることができる。なお、上記SP値の単位は、(cal/cm3)1/2である。
本発明の光硬化性組成物における、成分(C)の含有量(2種以上含有する場合はその総量)は、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量(100重量%)に対して、20〜60重量%であり、好ましくは20〜55重量%であり、より好ましくは25〜50重量%であり、さらに好ましくは30〜50重量%である。成分(C)の含有量が上記範囲であると、光硬化性組成物の速硬化性、薄膜硬化性に優れる。なお、光硬化性化合物には、成分(A)、成分(B)、成分(C)、及び任意の成分であるその他の光硬化性化合物が含まれる。
[その他の光硬化性化合物]
本発明の光硬化性組成物では、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じて成分(A)〜(C)以外のその他の光硬化性化合物を用いてもよい。その他の光硬化性化合物としては、例えば、成分(A)〜成分(C)以外のエポキシ化合物、成分(B)以外のオキセタン化合物、成分(C)以外のビニルエーテル化合物、成分(C)以外のアクリル化合物、成分(C)以外のシリコーン化合物等を挙げることができる。その他の光硬化性化合物の含有量は、光硬化性化合物全量(100重量%)に対して、例えば30重量%以下、好ましくは20重量%以下、より好ましくは10重量%以下である。その他の光硬化性化合物の含有量が上記範囲を上回ると、本発明の効果が得られにくくなる傾向がある。
本発明の光硬化性組成物では、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じて成分(A)〜(C)以外のその他の光硬化性化合物を用いてもよい。その他の光硬化性化合物としては、例えば、成分(A)〜成分(C)以外のエポキシ化合物、成分(B)以外のオキセタン化合物、成分(C)以外のビニルエーテル化合物、成分(C)以外のアクリル化合物、成分(C)以外のシリコーン化合物等を挙げることができる。その他の光硬化性化合物の含有量は、光硬化性化合物全量(100重量%)に対して、例えば30重量%以下、好ましくは20重量%以下、より好ましくは10重量%以下である。その他の光硬化性化合物の含有量が上記範囲を上回ると、本発明の効果が得られにくくなる傾向がある。
[成分(D)]
本発明の光硬化性組成物は、光重合開始剤(「成分(D)」と称する)を1種又は2種以上含む。成分(D)としては、公知乃至慣用の光カチオン重合開始剤、光アニオン重合開始剤、その他のカチオン重合やアニオン重合を起こし得るものを使用することができる。
本発明の光硬化性組成物は、光重合開始剤(「成分(D)」と称する)を1種又は2種以上含む。成分(D)としては、公知乃至慣用の光カチオン重合開始剤、光アニオン重合開始剤、その他のカチオン重合やアニオン重合を起こし得るものを使用することができる。
上記光カチオン重合開始剤としては、例えば、ジアゾニウム塩系化合物、ヨードニウム塩系化合物、スルホニウム塩系化合物、ホスホニウム塩系化合物、セレニウム塩系化合物、オキソニウム塩系化合物、アンモニウム塩系化合物、臭素塩系化合物等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記光カチオン重合開始剤としては、なかでも、スルホニウム塩系化合物を使用することが、硬化性に優れた硬化物を形成することができる点で好ましい。スルホニウム塩系化合物のカチオン部としては、例えば、[4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル]−4−ビフェニリルフェニルスルホニウム、(4−ヒドロキシフェニル)メチルベンジルスルホニウムイオン、トリフェニルスルホニウムイオン、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムイオン、トリ−p−トリルスルホニウムイオン等のアリールスルホニウムイオン(特に、トリアリールスルホニウムイオン)等を挙げることができる。
上記光カチオン重合開始剤のアニオン部としては、例えば、BF4 -、[(C6H5)sB(C6F5)4-s]-(s:0〜3の整数)、PF6 -、[(Rf)tPF6-t]-(Rf:水素原子の80%以上がフッ素原子で置換されたアルキル基、t:1〜5の整数)、AsF6 -、SbF6 -、SbF5(OH)-等を挙げることができる。
上記光カチオン重合開始剤としては、中でも、下記式(d-1)で表されるアニオン部と下記式(d-2)で表されるカチオン部を有する化合物(スルホニウム塩系化合物)が好ましい。
[(Y)kB(Phf)4-k]- (d-1)
[式中、Yは置換基(ハロゲン原子を含む基を除く)を有していてもよい、芳香族炭化水素基又は複素環式基を示す。Phfは水素原子の少なくとも1つが、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、及びハロゲン原子から選択される少なくとも1種で置換されたフェニル基を示す。kは1〜3の整数である]
(式中、Ar1〜Ar3は同一又は異なって、水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基若しくは複素環式基を示す)
[(Y)kB(Phf)4-k]- (d-1)
[式中、Yは置換基(ハロゲン原子を含む基を除く)を有していてもよい、芳香族炭化水素基又は複素環式基を示す。Phfは水素原子の少なくとも1つが、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、及びハロゲン原子から選択される少なくとも1種で置換されたフェニル基を示す。kは1〜3の整数である]
前記Yにおける芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜30の芳香族炭化水素基が好ましく、例えば、フェニル、ビフェニリル、ナフチル、アントラセニル、フェナントレニル基等の炭素数6〜30のアリール基を挙げることができる。
前記Yにおける複素環式基を構成する複素環には、芳香族性複素環及び非芳香族性複素環が含まれる。このような複素環としては、炭素数4〜30の複素環が好ましく、例えば、ヘテロ原子として酸素原子を含む複素環(例えば、オキセタン環等の4員環;フラン、テトラヒドロフラン、オキサゾール、イソオキサゾール、γ−ブチロラクトン環等の5員環;4−オキソ−4H−ピラン、テトラヒドロピラン、モルホリン環等の6員環;ベンゾフラン、イソベンゾフラン、4−オキソ−4H−クロメン、クロマン、イソクロマン環等の縮合環;3−オキサトリシクロ[4.3.1.14,8]ウンデカン−2−オン、3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン環等の架橋環)、ヘテロ原子としてイオウ原子を含む複素環(例えば、チオフェン、チアゾール、イソチアゾール、チアジアゾール環等の5員環;4−オキソ−4H−チオピラン環等の6員環;ベンゾチオフェン環等の縮合環等)、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環(例えば、ピロール、ピロリジン、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール環等の5員環;ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、ピペリジン、ピペラジン環等の6員環;インドール、インドリン、キノリン、アクリジン、ナフチリジン、キナゾリン、プリン環等の縮合環等)等を挙げることができる。(1価の)複素環式基としては、上記複素環の構造式から1個の水素原子を除いた基を挙げることができる。
Yは置換基を1つ又は2つ以上有していてもよい。前記置換基はハロゲン原子を含む基以外の基であり、例えば、C1-12アルキル、C3-6シクロアルキル、C1-6アルコキシ、C1-6アルキルチオ、C6-12アリールチオ、C2-7アルキルカルボニル、C2-7アルコキシカルボニル、フェニル、及びベンゾイル基等を挙げることができる。Yが置換基を2つ以上有する場合、それらの置換基はそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
前記パーフルオロアルキル基としては、C1-8(好ましくはC1-4)パーフルオロアルキル基が好ましく、例えば、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル、ノナフルオロブチル、パーフルオロペンチル、パーフルオロオクチル基等の直鎖状C1-8(好ましくはC1-4)パーフルオロアルキル基;ヘプタフルオロイソプロピル、ノナフルオロイソブチル基等の分岐鎖状C3-8(好ましくはC3-4)パーフルオロアルキル基;パーフルオロシクロプロピル、パーフルオロシクロブチル基等のC3-8(好ましくはC3-4)パーフルオロシクロアルキル基等を挙げることができる。
前記パーフルオロアルコキシ基としては、C1-8(好ましくはC1-4)パーフルオロアルコキシ基が好ましく、例えば、トリフルオロメトキシ、ペンタフルオロエトキシ、ヘプタフルオロプロポキシ、ノナフルオロブトキシ、パーフルオロペンチルオキシ、パーフルオロオクチルオキシ基等の直鎖状C1-8(好ましくはC1-4)パーフルオロアルコキシ基;ヘプタフルオロイソプロポキシ、ノナフルオロイソブトキシ基等の分岐鎖状C3-8(好ましくはC3-4)パーフルオロアルコキシ基等を挙げることができる。
前記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等を挙げることができる。
Yとしては、なかでも炭素数6〜30の芳香族炭化水素基が好ましく、特にフェニル(C6H5)、ビフェニリル基(C6H5C6H4)が好ましい。
Phfとしては、例えば、ペンタフルオロフェニル(C6F5)、トリフルオロフェニル(C6H2F3)、テトラフルオロフェニル(C6HF4)、トリフルオロメチルフェニル(CF3C6H4)、ビス(トリフルオロメチル)フェニル((CF3)2C6H3)、ペンタフルオロエチルフェニル(CF3CF2C6H4)、ビス(ペンタフルオロエチル)フェニル((CF3CF2)2C6H3)、フルオロ−トリフルオロメチルフェニル(CF3C6H3F)、フルオロ−ビス(トリフルオロメチル)フェニル((CF3)2C6H2F)、フルオロ−ペンタフルオロエチルフェニル(CF3CF2C6H3F)、フルオロ−ビス(ペンタフルオロエチル)フェニル基((CF3CF2)2C6H2F)等を挙げることができる。本発明においては、なかでも、薄膜硬化性に優れ、且つ得られる硬化物が耐熱性及び耐熱黄変性に特に優れる点で、ペンタフルオロフェニル(C6F5)、フルオロ−ビス(ペンタフルオロエチル)フェニル基((CF3CF2)2C6H2F)が好ましい。
上記光カチオン重合開始剤としては、例えば、[4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル]−4−ビフェニリルフェニルスルホニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、(4−ヒドロキシフェニル)メチルベンジルスルホニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル−4−ビフェニリルフェニルスルホニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウム ヘキサフルオロホスフェート、[4−(4−ビフェニルチオ)フェニル]−4−ビフェニルフェニルスルホニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム フェニルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等を挙げることができる。光カチオン重合開始剤の市販品としては、商品名「サイラキュアUVI−6970」、「サイラキュアUVI−6974」、「サイラキュアUVI−6990」、「サイラキュアUVI−950」(以上、米国ユニオンカーバイド社製)、「イルガキュア250」、「イルガキュア261」、「イルガキュア264」(以上、BASF社製)、「CG−24−61」(チバ・ジャパン社製)、「SP−150」、「SP−151」、「SP−170」、「オプトマーSP−171」(以上、(株)ADEKA製)、「DAICAT II」((株)ダイセル製)、「UVAC1590」、「UVAC1591」(以上、ダイセル・サイテック(株)製)、「CI−2064」、「CI−2639」、「CI−2624」、「CI−2481」、「CI−2734」、「CI−2855」、「CI−2823」、「CI−2758」、「CIT−1682」(以上、日本曹達(株)製)、「PI−2074」(ローディア社製、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート トルイルクミルヨードニウム塩)、「FFC509」(3M社製)、「BBI−102」、「BBI−101」、「BBI−103」、「MPI−103」、「TPS−103」、「MDS−103」、「DTS−103」、「NAT−103」、「NDS−103」(以上、ミドリ化学(株)製)、「CD−1010」、「CD−1011」、「CD−1012」(以上、米国、Sartomer社製)、「CPI−100P」、「CPI−101A」(以上、サンアプロ(株)製)等を使用できる。
本発明において光重合開始剤は、光硬化性と耐熱性・耐エッチング性を両立させるために、2種以上を組み合わせて用いても良い。上記式(d-1)で表されるアニオン部と上記式(d-2)で表されるカチオン部を有する化合物と、これ以外の光重合開始剤を2種以上組み合わせて用いる場合、光硬化性組成物に含まれる全光重合開始剤(100重量部)に対する、上記式(d-1)で表されるアニオン部と上記式(d-2)で表されるカチオン部を有する化合物の割合は、例えば20.0重量部以上、好ましくは33.3重量部以上、特に好ましくは50.0重量部以上である。上記式(d-1)で表されるアニオン部と、上記式(d-2)で表されるカチオン部を有する化合物を上記範囲で含有することにより、耐熱性に特に優れた硬化物が得られる傾向がある。
本発明の光硬化性組成物における、成分(D)の含有量(2種以上含有する場合はその総量)は、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量(100重量部)に対して、例えば0.05〜10重量部であり、好ましくは0.1〜5重量部であり、より好ましくは0.1〜3重量部である。成分(D)の含有量が上記範囲であると、光硬化性組成物の速硬化性、薄膜硬化性に優れる。なお、光硬化性化合物には、成分(A)、成分(B)、成分(C)、及び任意の成分であるその他の光硬化性化合物の全てが含まれる。
[その他の成分]
本発明の光硬化性組成物は、成分(A)〜(D)以外にも、本発明の効果を損なわない範囲でその他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、溶剤、表面改質剤(レベリング剤、界面活性剤)、光増感剤(例えば、チオキサントン化合物等)、消泡剤、カップリング剤(例えば、シランカップリング剤等)、消色剤、無機充填剤、難燃剤、紫外線吸収剤、イオン吸着剤、蛍光体、離型剤、分散剤、分散助剤、密着性付与剤等の慣用の添加剤を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の光硬化性組成物は、成分(A)〜(D)以外にも、本発明の効果を損なわない範囲でその他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、溶剤、表面改質剤(レベリング剤、界面活性剤)、光増感剤(例えば、チオキサントン化合物等)、消泡剤、カップリング剤(例えば、シランカップリング剤等)、消色剤、無機充填剤、難燃剤、紫外線吸収剤、イオン吸着剤、蛍光体、離型剤、分散剤、分散助剤、密着性付与剤等の慣用の添加剤を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
(表面改質剤)
本発明の光硬化性組成物は、表面改質剤を含有することが、シリコンモールドへの濡れ性を向上させることができ、塗布時の泡かみを低減させることができる点で好ましい。表面改質剤としては、例えば、界面活性剤やレベリング剤等で用いられる化合物を挙げることができる。上記界面活性剤や上記レベリング剤としては、例えば、シリコーン系、アクリル系、フッ素系等のものを挙げることができる。シリコーン系の界面活性剤としては、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン等を挙げることができる。
本発明の光硬化性組成物は、表面改質剤を含有することが、シリコンモールドへの濡れ性を向上させることができ、塗布時の泡かみを低減させることができる点で好ましい。表面改質剤としては、例えば、界面活性剤やレベリング剤等で用いられる化合物を挙げることができる。上記界面活性剤や上記レベリング剤としては、例えば、シリコーン系、アクリル系、フッ素系等のものを挙げることができる。シリコーン系の界面活性剤としては、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン等を挙げることができる。
上記界面活性剤や上記レベリング剤の市販品としては、例えば、商品名「BYK−UV3510」、「BYK−333」、「BYK−345」、「BYK−350」、「BYK−352」、「BYK−354」(以上、ビックケミー・ジャパン(株)製)等を使用することができる。
表面改質剤の分子量は、例えば3000以上であり、好ましくは4000〜150000であり、より好ましくは5000〜100000であり、さらに好ましくは7000〜100000であり、特に好ましくは10000〜50000である。
表面改質剤の使用量としては、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量(100重量部)に対して、例えば0.01〜3重量部であり、好ましくは0.03〜1重量部である。表面改質剤の使用量が上記範囲であると、シリコンモールドへの濡れ性を向上させることができ、塗布時の泡かみを抑制できる。
(溶剤)
本発明の光硬化性組成物は、溶剤を含有していてもよい。上記溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、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ブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテ−ト、1−メトキシ−2−プロピルアセテート等のエステル類;エチレングリコールモノエチルエーテル、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、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類;3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、メシチレン等の芳香族炭化水素等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の光硬化性組成物は、溶剤を含有していてもよい。上記溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、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ブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテ−ト、1−メトキシ−2−プロピルアセテート等のエステル類;エチレングリコールモノエチルエーテル、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、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類;3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、メシチレン等の芳香族炭化水素等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
溶剤の沸点(760mmHgにおける)は、塗布性の点で、好ましくは100〜210℃であり、より好ましくは120〜200℃であり、さらに好ましくは135〜180℃である。
溶剤の含有量(2種以上を含有する場合はその総量)は、光硬化性組成物に含まれる不揮発分の濃度が3〜90重量%(好ましくは5〜80重量%)となる範囲内であることが好ましく、溶剤を添加することにより、本発明の光硬化性組成物の粘度[25℃、せん断速度20(1/s)における]を、例えば100〜10000mPa・s程度(好ましくは100〜5000mPa・s)に調整することが、塗布性を向上することができる点で好ましい。
本発明の光硬化性組成物は、成分(A)〜(D)を特定の割合で有するため、塗布性、速硬化性、薄膜硬化性に優れ、ナノインプリント成形において、形状転写性に優れ、さらに樹脂によるモールドの膨潤を抑制することができる。よって、本発明の光硬化性組成物は、光学部品製造用(特に、光取り出し効率に優れた光学部品製造用)として好適である。
[硬化物]
本発明の硬化物は、本発明の硬化性組成物を硬化させたものであるが、ナノインプリント法等でモールドによりパターンが形成された塗膜であることが好ましい。パターンの形成方法としては、以下の塗膜形成工程、転写工程、硬化工程、及び離型工程を含む方法(ナノインプリント法)が好ましい。このナノインプリント法は、具体的には、基板上に本発明の光硬化性組成物を塗布することにより塗膜を形成させる塗膜形成工程と、該塗膜とモールドを接触させ微細パターンを転写する転写工程と、該パターンを光照射して硬化させる硬化工程と、硬化後の塗膜からモールドを離型する離型工程を含む方法である。なお、離型工程後に基板をエッチングする工程を含んでもよく、上記以外の工程を含んでもよい。
本発明の硬化物は、本発明の硬化性組成物を硬化させたものであるが、ナノインプリント法等でモールドによりパターンが形成された塗膜であることが好ましい。パターンの形成方法としては、以下の塗膜形成工程、転写工程、硬化工程、及び離型工程を含む方法(ナノインプリント法)が好ましい。このナノインプリント法は、具体的には、基板上に本発明の光硬化性組成物を塗布することにより塗膜を形成させる塗膜形成工程と、該塗膜とモールドを接触させ微細パターンを転写する転写工程と、該パターンを光照射して硬化させる硬化工程と、硬化後の塗膜からモールドを離型する離型工程を含む方法である。なお、離型工程後に基板をエッチングする工程を含んでもよく、上記以外の工程を含んでもよい。
上記塗膜形成工程における基板上に塗布する方法としては、例えば、スピンコート法、ロールコート法、ディップコート法、ダイコート法、カーテンコート法、スプレー法、スクリーン印刷法等を挙げることができる。なかでも容易に薄膜を形成できる点から、スピンコート法が好ましい。スピンコート法で塗膜を形成する場合の塗工条件としては、基板の回転数が300〜5000rpm程度、初期回転数が300〜1000rpmで5〜20秒程度回転させ、その後3000〜5000rpmで20秒以上回転させて溶剤を飛ばす条件が好ましい。なお、スピンコート時温度は、例えば20〜28℃程度が好ましい。また、硬化後の塗膜の厚みとしては、例えば5nm〜5μmであり、好ましくは20nm〜4μmであり、より好ましくは30nm〜3μmであり、さらに好ましくは100nm〜3μmである。
上記基板としては、塗膜を設けることができるものであればよく、通常のナノインプリントにおいて用いられている基板でよい。具体例としては、ガラス、シリカガラス、石英、サファイア等の透明無機基板、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート(PET)、トリアセチルセルロース等の透明合成樹脂基板や、シリコンウェハ等の半導体基板、GaAs、InAs、GaN等の化合物半導体、金属又は金属酸化物等を挙げることができる。
上記転写工程では、塗膜とパターンが形成されたモールドを接触させモールドの該パターンを塗膜に転写する。モールドとしては、所望の形状のパターンが表面に形成されていればよい。モールドの材質の例としては、石英ガラス、合成石英ガラス、シリカガラス、シリコン、シリコンカーバイド、酸化シリコン、ニッケル等を挙げることができる。なかでもモールドとしては、シリコンを原料とするシリコンモールドが好ましく、特にポリジメチルシロキサンを原料とするシリコンモールドが好ましい。なお、本発明においては、基板もしくはモールドの少なくとも一方は、硬化工程で用いられる光に対して透過性を示すものを使用する必要がある。また、モールドの離型性を良好にするために、モールドの表面に離型処理を施してもよい。また、モールドが有するパターン形状としては、発光層で生じた光の取り出し効率を向上する効果を基板に付与することができる形状が好ましく、例えば、台形、円錐形、ラウンド型等を挙げることができる。
上記転写工程において、塗膜とモールドを接触させる方法としては、塗膜をモールドに押圧しても、モールドを塗膜に押圧してもよく、塗膜及びモールドの両方を押圧してもよい。塗膜やモールドを押圧する力は、例えば0.01〜5MPa程度である。また、力をかけず、モールドや塗膜の自重による押圧でもよい。なお、この転写工程は、従来のナノインプリントにおける装置を用いることもできる。
上記硬化工程では、転写工程後の塗膜に光照射し、光硬化性組成物を硬化させる。光源は、塗膜が硬化する波長の光を照射できるものであればよい。光源としては、例えば、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、カーボンアーク、水銀キセノンランプ、XeCl、KrFやArF等のエキシマーレーザー、紫外光レーザー、及びUV−LED等を挙げることができる。なかでも光源としては、効率的に塗膜を硬化させることができる点で、UV−LED(波長:350〜400nm)が好ましい。光の照射量は、塗膜を硬化させることができる量であればよいが、例えば10〜1000mJ/cm2程度である。なお、基板及びモールドのうち、照射する光に対して実質的に透明である部材の側から塗膜に光を照射する。なお、この硬化工程は、従来のナノインプリントにおける装置を用いることもできる。
上記離型工程では、硬化工程後の硬化物をモールドから離型することにより、モールドの形状が表面に転写された硬化物(パターンが形成された塗膜)を得ることができる。
上記の硬化工程後、離型工程の前又は後に、ポストキュアを施してもよい。ポストキュアを施すことにより形状の安定性やエッチングの再現性を向上することができる。ポストキュアは加熱や光照射によって行うことができる。加熱によりポストキュアを行う場合は、例えば50〜180℃で30秒〜3時間程度加熱することが好ましい。また、光照射によりポストキュアを行う場合は、例えば10〜200mW/cm2程度の照射強度で、3〜100秒程度照射することが好ましい。
本発明の硬化物は、本発明の光硬化性組成物を用いて得られるため、硬化収縮率が極めて低くモールドの形状が精度よく転写され、エッチング耐性に優れる。よって、本発明の硬化物は、後述する光学部品製造工程における基板をエッチングする際のマスクとして好適であり、微細なパターンを精度よく形成できる。
[光学部品]
本発明の光学部品は、本発明の硬化物をマスクとして使用して基板をエッチングする工程により得られる部品である。光学部品としては、好ましくはスクリーン、カバーガラス、プリズム、撮像系レンズ、センサーレンズ、光拡散レンズ等の光取り出し効率に優れた光学部品等を挙げることができる。
本発明の光学部品は、本発明の硬化物をマスクとして使用して基板をエッチングする工程により得られる部品である。光学部品としては、好ましくはスクリーン、カバーガラス、プリズム、撮像系レンズ、センサーレンズ、光拡散レンズ等の光取り出し効率に優れた光学部品等を挙げることができる。
本発明の光学部品は、上記ナノインプリント法等で得られたパターンが形成された塗膜をさらに、基板をエッチングする工程を含む方法により製造することが好ましい。エッチング方法としては、ドライエッチング法、ウェットエッチング法等を挙げることができる。なかでもドライエッチング法を採用することが好ましく、特に、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)を採用することが、高精度の微細加工を可能とする点で好ましい。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、表1における、成分(A)〜(C)の割合は、光硬化性化合物全量(100重量%)に対する割合(重量%)であり、成分(D)、及び添加剤の割合は、光硬化性化合物全量(成分(A)〜(C)の総量;100重量部)に対する割合(重量部)であり、分子量は重量平均分子量(Mw;GPCによる標準ポリスチレン換算)である。
成分(A)である(a−1)〜(a−4)の各化合物については、以下の調製例1〜4にて合成したものを用いた。
[調製例1:(3,4,3’,4’−ジエポキシ)ビシクロヘキシル(a−1)の合成]
95重量%硫酸70g(0.68モル)と1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)55g(0.36モル)を撹拌混合して脱水触媒を調製した。
撹拌機、温度計、および脱水剤が充填され且つ保温された留出配管を具備した3Lのフラスコに、水添ビフェノール(=4,4’−ジヒドロキシビシクロヘキシル)1000g(5.05モル)、上記で調製した脱水触媒125g(硫酸として0.68モル)、プソイドクメン1500gを入れ、フラスコを加熱した。内温が115℃を超えたあたりから水の生成が確認された。さらに昇温を続けてプソイドクメンの沸点まで温度を上げ(内温162〜170℃)、常圧で脱水反応を行った。副生した水は留出させ、脱水管により系外に排出した。なお、脱水触媒は反応条件下において液体であり反応液中に微分散していた。3時間経過後、ほぼ理論量の水(180g)が留出したため反応終了とした。
反応終了後、反応器内の液について、10段のオールダーショウ型の蒸留塔を用い、プソイドクメンを留去した後、内部圧力10Torr(1.33kPa)、内温137〜140℃にて蒸留し、731gのビシクロヘキシル−3,3’−ジエンを得た。
95重量%硫酸70g(0.68モル)と1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)55g(0.36モル)を撹拌混合して脱水触媒を調製した。
撹拌機、温度計、および脱水剤が充填され且つ保温された留出配管を具備した3Lのフラスコに、水添ビフェノール(=4,4’−ジヒドロキシビシクロヘキシル)1000g(5.05モル)、上記で調製した脱水触媒125g(硫酸として0.68モル)、プソイドクメン1500gを入れ、フラスコを加熱した。内温が115℃を超えたあたりから水の生成が確認された。さらに昇温を続けてプソイドクメンの沸点まで温度を上げ(内温162〜170℃)、常圧で脱水反応を行った。副生した水は留出させ、脱水管により系外に排出した。なお、脱水触媒は反応条件下において液体であり反応液中に微分散していた。3時間経過後、ほぼ理論量の水(180g)が留出したため反応終了とした。
反応終了後、反応器内の液について、10段のオールダーショウ型の蒸留塔を用い、プソイドクメンを留去した後、内部圧力10Torr(1.33kPa)、内温137〜140℃にて蒸留し、731gのビシクロヘキシル−3,3’−ジエンを得た。
得られたビシクロヘキシル−3,3’−ジエン243g、酢酸エチル730gを反応器に仕込み、窒素を気相部に吹き込みながら、かつ、反応系内の温度を37.5℃になるようにコントロールしながら約3時間かけて30重量%過酢酸の酢酸エチル溶液(水分率0.41重量%)274gを滴下した。滴下終了後、40℃で1時間熟成し反応を終了した。さらに30℃で反応終了時の粗液を水洗し、70℃/20mmHgで低沸点化合物の除去を行い、化合物270gを得た。得られた化合物のオキシラン酸素濃度は15.0重量%であった。また1H−NMRの測定では、δ4.5〜5ppm付近の内部二重結合に由来するピークが消失し、δ3.1ppm付近にエポキシ基に由来するプロトンのピークの生成が確認された。以上より、得られた化合物は、(3,4,3’,4’−ジエポキシ)ビシクロヘキシル(分子量194)であることが確認された。
[調製例2:2,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)プロパン(a−2)の合成]
撹拌器、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた1Lのジャケット付きフラスコに水36g、硫酸水素ナトリウム12.0g、イソプロピリデン−4,4’−ジシクロヘキサノール(アルドリッチ製)500g、溶媒としてソルベッソ150(エクソンモービル製)500gを加えて100℃で脱水反応させた。水の留出が無くなった時点で反応終了とした。
反応液をガスクロマトグラフィーで分析を行ったところ、96%の収率で2,2−ビス(3,4−シクロヘキセニル)プロパンが生成していた。得られた反応液を、分液漏斗を用いて500mLのイオン交換水で洗浄した後、有機層を減圧蒸留し無色透明液状の2,2−ビス(3,4−シクロヘキセニル)プロパン387.0gを得た。純度は96.1%であった。
撹拌器、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた1Lのジャケット付きフラスコに水36g、硫酸水素ナトリウム12.0g、イソプロピリデン−4,4’−ジシクロヘキサノール(アルドリッチ製)500g、溶媒としてソルベッソ150(エクソンモービル製)500gを加えて100℃で脱水反応させた。水の留出が無くなった時点で反応終了とした。
反応液をガスクロマトグラフィーで分析を行ったところ、96%の収率で2,2−ビス(3,4−シクロヘキセニル)プロパンが生成していた。得られた反応液を、分液漏斗を用いて500mLのイオン交換水で洗浄した後、有機層を減圧蒸留し無色透明液状の2,2−ビス(3,4−シクロヘキセニル)プロパン387.0gを得た。純度は96.1%であった。
得られた2,2−ビス(3,4−シクロヘキセニル)プロパン100g、酢酸エチル30gを前記と同様の1Lのジャケット付きフラスコに仕込み、窒素を気相部に吹き込みながら、反応系内の温度を30℃になるように約2時間かけて、実質的に無水の過酢酸の酢酸エチル溶液307.2g(過酢酸濃度:29.1重量%、水分含量:0.47重量%)を滴下した。滴下終了後、30℃で3時間熟成し反応を終了した。
その後、30℃で反応終了液を水洗し、70℃/20mmHgで脱低沸を行い、化合物99.4gを得た。
得られた化合物のオキシラン酸素濃度11.3%、粘度は3550cP(25℃)であった。また、1H−NMRからδ4.5〜5ppm付近の内部二重結合に由来するピークが消失し、δ2.9〜3.1ppm付近にエポキシ基に由来するプロトンのピークの生成が確認された。以上より、得られた化合物は、2,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)プロパン(分子量236)であることが確認された。
その後、30℃で反応終了液を水洗し、70℃/20mmHgで脱低沸を行い、化合物99.4gを得た。
得られた化合物のオキシラン酸素濃度11.3%、粘度は3550cP(25℃)であった。また、1H−NMRからδ4.5〜5ppm付近の内部二重結合に由来するピークが消失し、δ2.9〜3.1ppm付近にエポキシ基に由来するプロトンのピークの生成が確認された。以上より、得られた化合物は、2,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)プロパン(分子量236)であることが確認された。
[調製例3:2,3−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)オキシラン(a−3)の合成]
(触媒の調製)
酸化コバルト−酸化モリブデン−アルミナ(STREM社製)50gを、硝酸カリウム3.9gを含む水溶液97gに浸漬し、60℃で乾燥した後、空気中550℃で焼成して酸化コバルト−酸化モリブデン−カリウム−アルミナ系触媒(触媒(1))を得た。
(触媒の調製)
酸化コバルト−酸化モリブデン−アルミナ(STREM社製)50gを、硝酸カリウム3.9gを含む水溶液97gに浸漬し、60℃で乾燥した後、空気中550℃で焼成して酸化コバルト−酸化モリブデン−カリウム−アルミナ系触媒(触媒(1))を得た。
(4−ビニル−1−シクロヘキセンの合成)
窒素雰囲気下で、[1,3-Bis(2,4,6-trimethylphenyl)-2-imidazolidinylidene]dichloro-(3-phenyl-1H-inden-1-ylidene)(tricyclohexylphosphine)ruthenium(II)(商品名「Umicore M2」、Umicore社製)0.08g(4−ビニル−1−シクロヘキセン1モルに対して0.0001モルに相当)をトルエン(超脱水、和光純薬工業(株)製)90.0gに溶解し、300mLの三口フラスコへ仕込んだ。
気相部へ窒素を吹き込みつつ4−ビニル−1−シクロヘキセン89.5gをシリンジで仕込み、40℃で24時間撹拌した。反応液を濃縮して得られた濃縮残渣を減圧下(0.9kPa)、単蒸留で精製し、125〜126℃の留分として4−ビニル−1−シクロヘキセン37.1gを得た。4−ビニル−1−シクロヘキセン基準の収率は47.4%だった。
1H−NMRでは、4−ビニル−1−シクロヘキセンの末端オレフィンに対応するδ5.1−4.9ppmに見られるプロトンのピークの消失を確認した。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,TMS基準)δ5.7-5.6(m,4H), 5.5-5.2(m,4H), 2.3-1.3(m,14H)
窒素雰囲気下で、[1,3-Bis(2,4,6-trimethylphenyl)-2-imidazolidinylidene]dichloro-(3-phenyl-1H-inden-1-ylidene)(tricyclohexylphosphine)ruthenium(II)(商品名「Umicore M2」、Umicore社製)0.08g(4−ビニル−1−シクロヘキセン1モルに対して0.0001モルに相当)をトルエン(超脱水、和光純薬工業(株)製)90.0gに溶解し、300mLの三口フラスコへ仕込んだ。
気相部へ窒素を吹き込みつつ4−ビニル−1−シクロヘキセン89.5gをシリンジで仕込み、40℃で24時間撹拌した。反応液を濃縮して得られた濃縮残渣を減圧下(0.9kPa)、単蒸留で精製し、125〜126℃の留分として4−ビニル−1−シクロヘキセン37.1gを得た。4−ビニル−1−シクロヘキセン基準の収率は47.4%だった。
1H−NMRでは、4−ビニル−1−シクロヘキセンの末端オレフィンに対応するδ5.1−4.9ppmに見られるプロトンのピークの消失を確認した。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,TMS基準)δ5.7-5.6(m,4H), 5.5-5.2(m,4H), 2.3-1.3(m,14H)
(1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテンの合成)
上記触媒の調製で得られた触媒(1)3.6gを135℃に保ちながら、大気圧下、4−ビニル−1−シクロヘキセンを5.0g/時で連続的に通過させ、開始後2時間から5時間の間に、1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテンを含む液14.4gを得た。このときの重量空間速度(WHSV)は、1.4/時だった。ガスクロマトグラフィー内標法で4−ビニル−1−シクロヘキセン、及び1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテンを定量したところ、4−ビニル−1−シクロヘキセンの転化率は37.8%、1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテンの4−ビニル−1−シクロヘキセン基準の収率は34.9%だった。
上記触媒の調製で得られた触媒(1)3.6gを135℃に保ちながら、大気圧下、4−ビニル−1−シクロヘキセンを5.0g/時で連続的に通過させ、開始後2時間から5時間の間に、1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテンを含む液14.4gを得た。このときの重量空間速度(WHSV)は、1.4/時だった。ガスクロマトグラフィー内標法で4−ビニル−1−シクロヘキセン、及び1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテンを定量したところ、4−ビニル−1−シクロヘキセンの転化率は37.8%、1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテンの4−ビニル−1−シクロヘキセン基準の収率は34.9%だった。
(2,3−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)オキシランの合成)
上記で得た1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテン15g(0.08モル)を酢酸エチル150gに溶解した。そこへ、30℃でメタクロロ過安息香酸65.5g(0.26モル)を1時間かけて添加し、30℃で2時間撹拌した。その後、得られた反応液へ10重量%チオ硫酸ナトリウム水溶液379gを加えて30分撹拌し、トルエン150gを加えて分液し、水層を再度トルエン150gで抽出処理を行った。
得られた有機層を混合し、7重量%炭酸水素ナトリウム水溶液384gで2回、水300gで2回洗浄し、有機層を濃縮した。
得られた濃縮残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、2,3−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)オキシラン(分子量236)12.1gを無色透明の粘調な液体として得た。1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテン基準の収率は64%であった。
1H−NMRでは、1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテンの2重結合に由来するδ5.8〜5.2ppmのピーク消失と、エポキシ基に由来するδ3.3〜3.1ppm及びδ2.7〜2.4ppmのプロトンピーク生成が確認された。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,TMS基準)δ3.28-3.07(m,8H), 2.72-2.39(m,2H), 2.27-1.01(m,14H)
臭化水素の酢酸溶液を用いた滴定により求めたオキシラン酸素濃度は19.98重量%であり、理論値(20.31重量%)の98%であった。
上記で得た1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテン15g(0.08モル)を酢酸エチル150gに溶解した。そこへ、30℃でメタクロロ過安息香酸65.5g(0.26モル)を1時間かけて添加し、30℃で2時間撹拌した。その後、得られた反応液へ10重量%チオ硫酸ナトリウム水溶液379gを加えて30分撹拌し、トルエン150gを加えて分液し、水層を再度トルエン150gで抽出処理を行った。
得られた有機層を混合し、7重量%炭酸水素ナトリウム水溶液384gで2回、水300gで2回洗浄し、有機層を濃縮した。
得られた濃縮残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、2,3−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)オキシラン(分子量236)12.1gを無色透明の粘調な液体として得た。1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテン基準の収率は64%であった。
1H−NMRでは、1,2−ジ(3−シクロヘキセニル)エテンの2重結合に由来するδ5.8〜5.2ppmのピーク消失と、エポキシ基に由来するδ3.3〜3.1ppm及びδ2.7〜2.4ppmのプロトンピーク生成が確認された。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,TMS基準)δ3.28-3.07(m,8H), 2.72-2.39(m,2H), 2.27-1.01(m,14H)
臭化水素の酢酸溶液を用いた滴定により求めたオキシラン酸素濃度は19.98重量%であり、理論値(20.31重量%)の98%であった。
[製造例4:ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル(a−4)の合成]
5L反応器に水酸化ナトリウム(顆粒状)499g(12.48モル)、及びトルエン727mLを加え、窒素置換した後に、テトラヒドロベンジルアルコール420g(3.74モル)のトルエン484mL溶液を添加し、70℃で1.5時間熟成した。次いで、メタンスルホン酸テトラヒドロベンジル419g(2.20モル)を添加し、3時間還流下で熟成させた後、室温まで冷却し、水1248gを加えて反応を停止し、分液した。
分液した有機層を濃縮後、減圧蒸留を行うことにより、ジテトラヒドロベンジルエーテルを無色透明液体として得た(収率85%)。得られたジテトラヒドロベンジルエーテルの1H−NMRスペクトルを測定した。
1H-NMR(CDCl3):δ1.23-1.33(m、2H)、1.68-1.94(m、6H)、2.02-2.15(m、6H)、3.26-3.34(m、4H)、5.63-7.70(m、4H)
5L反応器に水酸化ナトリウム(顆粒状)499g(12.48モル)、及びトルエン727mLを加え、窒素置換した後に、テトラヒドロベンジルアルコール420g(3.74モル)のトルエン484mL溶液を添加し、70℃で1.5時間熟成した。次いで、メタンスルホン酸テトラヒドロベンジル419g(2.20モル)を添加し、3時間還流下で熟成させた後、室温まで冷却し、水1248gを加えて反応を停止し、分液した。
分液した有機層を濃縮後、減圧蒸留を行うことにより、ジテトラヒドロベンジルエーテルを無色透明液体として得た(収率85%)。得られたジテトラヒドロベンジルエーテルの1H−NMRスペクトルを測定した。
1H-NMR(CDCl3):δ1.23-1.33(m、2H)、1.68-1.94(m、6H)、2.02-2.15(m、6H)、3.26-3.34(m、4H)、5.63-7.70(m、4H)
得られたジテトラヒドロベンジルエーテル200g(0.97モル)、20%SP−D(酢酸溶液)0.39g、及び酢酸エチル669mLを反応器に加え、40℃に昇温した。次いで、29.1%過酢酸608gを5時間かけて滴下し、3時間熟成した。その後、アルカリ水溶液で3回、イオン交換水で2回有機層を洗浄し、その後、減圧蒸留を行うことにより、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル(分子量238)を無色透明液体として得た(収率77%)。
[実施例1〜6、及び比較例1〜4]
下記表1に示す割合で、成分(A)〜(D)及び添加剤を混合することで各光硬化性組成物を調製した。そして、実施例1〜6、及び比較例1〜4の光硬化性組成物について、ポリジメチルシロキサンへの膨潤度、硬化後の表面硬度、塗布性、転写後のパターン形状、転写パターン外観を評価した。これらの評価結果を表1に示す。なお、成分(A)である(a−1)〜(a−4)の各化合物については、上記の調製例1〜4にて合成したものを用いた。
下記表1に示す割合で、成分(A)〜(D)及び添加剤を混合することで各光硬化性組成物を調製した。そして、実施例1〜6、及び比較例1〜4の光硬化性組成物について、ポリジメチルシロキサンへの膨潤度、硬化後の表面硬度、塗布性、転写後のパターン形状、転写パターン外観を評価した。これらの評価結果を表1に示す。なお、成分(A)である(a−1)〜(a−4)の各化合物については、上記の調製例1〜4にて合成したものを用いた。
(SP値の算出方法)
表1における各化合物のSP値(溶解度パラメーター)は、Fedorsの方法による25℃における値であり、単位は(cal/cm3)1/2である。Polym. Eng. Sci., 14, 147(1974) 記載の方法に基づき算出した。具体的には、下記式によって算出した。なお、原子または原子団の蒸発エネルギー及びモル体積は、上記文献等により公知の値である。
ei:原子または原子団の蒸発エネルギー
vi:原子または原子団のモル体積
表1における各化合物のSP値(溶解度パラメーター)は、Fedorsの方法による25℃における値であり、単位は(cal/cm3)1/2である。Polym. Eng. Sci., 14, 147(1974) 記載の方法に基づき算出した。具体的には、下記式によって算出した。なお、原子または原子団の蒸発エネルギー及びモル体積は、上記文献等により公知の値である。
vi:原子または原子団のモル体積
[ポリジメチルシロキサンへの膨潤度]
商品名「KE−1606」(信越シリコーン社製)を60℃、24時間で硬化後、150℃、1時間処理した樹脂板(20mm×20mm×0.5mm)を作製した。作製した樹脂板の重量を測定した後、光硬化性組成物の配合液に浸して25℃で3時間静置した。樹脂板を取り出した後、表面に付着した配合液をふき取り、再び重量を測定した。ポリジメチルシロキサンへの膨潤度は、以下の式にて算出した。
(ポリジメチルシロキサンへの膨潤度)={(配合液に浸した後の重量)−(配合液に浸す前の重量)}/(配合液に浸す前の重量)×100[%]
商品名「KE−1606」(信越シリコーン社製)を60℃、24時間で硬化後、150℃、1時間処理した樹脂板(20mm×20mm×0.5mm)を作製した。作製した樹脂板の重量を測定した後、光硬化性組成物の配合液に浸して25℃で3時間静置した。樹脂板を取り出した後、表面に付着した配合液をふき取り、再び重量を測定した。ポリジメチルシロキサンへの膨潤度は、以下の式にて算出した。
(ポリジメチルシロキサンへの膨潤度)={(配合液に浸した後の重量)−(配合液に浸す前の重量)}/(配合液に浸す前の重量)×100[%]
[硬化後の表面硬度]
実施例及び比較例で得られた光硬化性組成物を1−メトキシ−2−プロピルアセテ−ト(商品名「MMPGAC」、(株)ダイセル製)で希釈し、スピンコーターを用いて、2インチのシリコンウェハ上に硬化後の厚みが3μmとなるように塗布し、下記UV−LED条件で光照射を行い薄膜状の硬化物付きシリコンウェハを得た。ナノインデンター(商品名「ENT−1100a」、(株)エリオニクス製)を使って、押し込み深さ0.3μmになるように表面硬度を測定し、弾塑比の値を測定した。
実施例及び比較例で得られた光硬化性組成物を1−メトキシ−2−プロピルアセテ−ト(商品名「MMPGAC」、(株)ダイセル製)で希釈し、スピンコーターを用いて、2インチのシリコンウェハ上に硬化後の厚みが3μmとなるように塗布し、下記UV−LED条件で光照射を行い薄膜状の硬化物付きシリコンウェハを得た。ナノインデンター(商品名「ENT−1100a」、(株)エリオニクス製)を使って、押し込み深さ0.3μmになるように表面硬度を測定し、弾塑比の値を測定した。
<UV−LED条件>
照射装置:商品名「365nm LED UNIT」(ウシオ電機(株)製)
波長:365nm
照射強度:100mW/cm2
積算照射量:1000mJ/cm2
照射装置:商品名「365nm LED UNIT」(ウシオ電機(株)製)
波長:365nm
照射強度:100mW/cm2
積算照射量:1000mJ/cm2
[塗布性]
実施例及び比較例で得られた光硬化性組成物を1−メトキシ−2−プロピルアセテ−ト(商品名「MMPGAC」、(株)ダイセル製)で所定濃度に希釈し、スピンコーターを用いて、スピンコート回転数が3000rpmでシリコンウェハ上に塗布して塗膜(膜厚:1μm)を形成した。塗布後、23℃、50%RHの環境下で1時間放置した後、得られた塗膜に上記UV−LED条件で光照射を行い薄膜を得た。
得られた薄膜の厚みを段差計(商品名「T−4000」、(株)小坂研究所製)を使用して測定し、中心部(T1)と最外周(T2)の差(T1−T2)を段差とし、下記基準により表面均一性を評価した。
評価基準
○(塗布性が良い):段差(T1−T2)が0.020μm以下の場合
△(塗布性がやや悪い):段差(T1−T2)が0.020μmを超え、0.050μm以下の場合
×(塗布性が悪い):段差(T1−T2)が0.050μmを超える場合
実施例及び比較例で得られた光硬化性組成物を1−メトキシ−2−プロピルアセテ−ト(商品名「MMPGAC」、(株)ダイセル製)で所定濃度に希釈し、スピンコーターを用いて、スピンコート回転数が3000rpmでシリコンウェハ上に塗布して塗膜(膜厚:1μm)を形成した。塗布後、23℃、50%RHの環境下で1時間放置した後、得られた塗膜に上記UV−LED条件で光照射を行い薄膜を得た。
得られた薄膜の厚みを段差計(商品名「T−4000」、(株)小坂研究所製)を使用して測定し、中心部(T1)と最外周(T2)の差(T1−T2)を段差とし、下記基準により表面均一性を評価した。
評価基準
○(塗布性が良い):段差(T1−T2)が0.020μm以下の場合
△(塗布性がやや悪い):段差(T1−T2)が0.020μmを超え、0.050μm以下の場合
×(塗布性が悪い):段差(T1−T2)が0.050μmを超える場合
[転写後のパターン形状]
高さ:2.0μm、直径:1.0μm、ピッチ幅:2.0μmのパターンがついた50回連続転写後のシリコンモールドを、実施例及び比較例で得られた光硬化性組成物を塗布したシリコンウェハ上に押し当てて上記UV−LED条件で光照射を行い硬化させた。モールドを離形後、三次元光学プロファイラーシステム(商品名「New View3600」、Zygo(株)製)を使ってパターンの高さと直径を測定した。任意の2箇所から5パターンずつ測定し、計10箇所の測定値を平均して高さと直径とした。
高さ:2.0μm、直径:1.0μm、ピッチ幅:2.0μmのパターンがついた50回連続転写後のシリコンモールドを、実施例及び比較例で得られた光硬化性組成物を塗布したシリコンウェハ上に押し当てて上記UV−LED条件で光照射を行い硬化させた。モールドを離形後、三次元光学プロファイラーシステム(商品名「New View3600」、Zygo(株)製)を使ってパターンの高さと直径を測定した。任意の2箇所から5パターンずつ測定し、計10箇所の測定値を平均して高さと直径とした。
[転写後の転写パターン外観]
転写後のパターン形状と同様に2インチのシリコンウェハ上に50回連続転写を実施し、50回目の転写物の表面を目視で観察した。
評価基準
○(外観が良い):全面に均一な光の干渉ムラが存在し、パターンの欠損がなかった。
×(外観が悪い):光の干渉ムラに一部不均一なところが存在し、パターンの欠損が疑われた。
転写後のパターン形状と同様に2インチのシリコンウェハ上に50回連続転写を実施し、50回目の転写物の表面を目視で観察した。
評価基準
○(外観が良い):全面に均一な光の干渉ムラが存在し、パターンの欠損がなかった。
×(外観が悪い):光の干渉ムラに一部不均一なところが存在し、パターンの欠損が疑われた。
上記表1における略称は、以下の通りである。
[成分(A)]
(a−1):(3,4,3’,4’−ジエポキシ)ビシクロヘキシル
(a−2):2,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)プロパン
(a−3):2,3−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)オキシラン
(a−4):ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル
[成分(B)]
OXT101:3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、商品名「アロンオキセタンOXT−101」(東亞合成(株)製)
OXT221:ビス[1−エチル(3−オキセタニル)]メチルエーテル、商品名「アロンオキセタンOXT−221」(東亞合成(株)製)
OXBP:4,4’−ビス[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシメチル]ビフェニル、商品名「OXBP」(宇部興産(株)製)
[成分(C)]
YX8000:水添ビスフェノールA型エポキシ化合物、商品名「YX8000」(三菱化学(株)製)
BPO−20E:ビスフェノールA型エポキシ樹脂、商品名「リカレジン BPO−20E」(新日本理化(株)製)
N−890:変性ノボラック型エポキシ樹脂、商品名「EPICLON N−890」(DIC(株)製)
PB3600:エポキシ化ポリブタジエン、商品名「エポリード PB3600」((株)ダイセル製)
[成分(D)]
(d−1):[4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル]−4−ビフェニリルフェニルスルホニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェートのプロピレングリコールメチルエーテルアセテート50%溶液
(d−2):4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム フェニルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート
[添加剤]
BYK350:ポリアクリレート系表面改質剤、商品名「BYK−350」(ビックケミー・ジャパン(株)製)
[成分(A)]
(a−1):(3,4,3’,4’−ジエポキシ)ビシクロヘキシル
(a−2):2,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)プロパン
(a−3):2,3−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)オキシラン
(a−4):ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル
[成分(B)]
OXT101:3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、商品名「アロンオキセタンOXT−101」(東亞合成(株)製)
OXT221:ビス[1−エチル(3−オキセタニル)]メチルエーテル、商品名「アロンオキセタンOXT−221」(東亞合成(株)製)
OXBP:4,4’−ビス[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシメチル]ビフェニル、商品名「OXBP」(宇部興産(株)製)
[成分(C)]
YX8000:水添ビスフェノールA型エポキシ化合物、商品名「YX8000」(三菱化学(株)製)
BPO−20E:ビスフェノールA型エポキシ樹脂、商品名「リカレジン BPO−20E」(新日本理化(株)製)
N−890:変性ノボラック型エポキシ樹脂、商品名「EPICLON N−890」(DIC(株)製)
PB3600:エポキシ化ポリブタジエン、商品名「エポリード PB3600」((株)ダイセル製)
[成分(D)]
(d−1):[4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル]−4−ビフェニリルフェニルスルホニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェートのプロピレングリコールメチルエーテルアセテート50%溶液
(d−2):4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム フェニルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート
[添加剤]
BYK350:ポリアクリレート系表面改質剤、商品名「BYK−350」(ビックケミー・ジャパン(株)製)
上記表1より、本発明の光硬化性組成物は、転写50回目においてもパターン形状を維持できることから、優れた塗布性、速硬化性、薄膜硬化性を有しつつ、ポリジメチルシロキサンへの膨潤を抑制することができる。よって、本発明の光硬化性組成物は、モールドの耐久性を維持でき、モールドを繰り返し使用できるため経済性にも優れる。
Claims (12)
- 下記成分(A)、成分(B)、成分(C)、及び成分(D)を含み、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量に対して、前記成分(A)の含有量が、10〜50重量%であり、前記成分(C)の含有量が、20〜60重量%である光硬化性組成物。
成分(A):下記式(a)で表される脂環式エポキシ化合物
成分(B):FedorsのSP値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるオキセタン化合物
成分(C):重量平均分子量が2000以上、及び/又はFedorsのSP値が9.2(cal/cm3)1/2以上であるカチオン硬化性化合物(前記成分(A)、成分(B)に含まれる化合物を除く)
成分(D):光重合開始剤 - 前記成分(B)の含有量が、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量に対して、10〜60重量%である請求項1に記載の光硬化性組成物。
- 前記成分(D)の含有量が、光硬化性組成物に含まれる光硬化性化合物全量(100重量部)に対して、0.05〜10重量部である請求項1又は2に記載の光硬化性組成物。
- 前記成分(A)のFedorsのSP値が、9.2(cal/cm3)1/2以上である請求項1〜3の何れか1項に記載の光硬化性組成物。
- さらに表面改質剤を含む請求項1〜4の何れか1項に記載の光硬化性組成物。
- 光学部品製造用である請求項1〜5の何れか1項に記載の光硬化性組成物。
- 請求項1〜6の何れか1項に記載の光硬化性組成物の硬化物。
- パターンが形成された塗膜である請求項7に記載の硬化物。
- シリコンモールドを用いて転写されたパターンである請求項8に記載の硬化物。
- 前記シリコンモールドの原料が、ポリジメチルシロキサンである請求項9に記載の硬化物。
- 前記光硬化性組成物の硬化が、UV−LEDを用いた硬化である請求項7〜10の何れか1項に記載の硬化物。
- 請求項7〜11の何れか1項に記載の硬化物をマスクとして使用して基板をエッチングする工程を経て得られる光学部品。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2016/066436 WO2017006664A1 (ja) | 2015-07-07 | 2016-06-02 | 光硬化性組成物、それを用いた硬化物及び光学部品 |
TW105121154A TW201723070A (zh) | 2015-07-07 | 2016-07-05 | 光硬化性組成物、使用其之硬化物及光學零件 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015135977 | 2015-07-07 | ||
JP2015135977 | 2015-07-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018141028A true JP2018141028A (ja) | 2018-09-13 |
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---|---|---|---|
JP2015183818A Pending JP2018141028A (ja) | 2015-07-07 | 2015-09-17 | 光硬化性組成物、それを用いた硬化物及び光学部品 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018141028A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021009980A1 (ja) | 2019-07-12 | 2021-01-21 | 三井化学株式会社 | 光硬化性組成物、凹凸構造体の製造方法、微細凹凸パターンを形成する方法および凹凸構造体 |
-
2015
- 2015-09-17 JP JP2015183818A patent/JP2018141028A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021009980A1 (ja) | 2019-07-12 | 2021-01-21 | 三井化学株式会社 | 光硬化性組成物、凹凸構造体の製造方法、微細凹凸パターンを形成する方法および凹凸構造体 |
KR20210121127A (ko) | 2019-07-12 | 2021-10-07 | 미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤 | 광경화성 조성물, 요철 구조체의 제조 방법, 미세 요철 패턴을 형성하는 방법 및 요철 구조체 |
US11958971B2 (en) | 2019-07-12 | 2024-04-16 | Mitsui Chemicals, Inc. | Photocurable composition, method for producing concave-convex structure, method for forming fine concave-convex pattern, and concave-convex structure |
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