JP2020530508A - 光学材料としてのポリシクロオレフィン重合体および無機ナノ粒子組成物 - Google Patents
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Abstract
本発明による実施形態は、1種以上の単量体と共に、潜在的触媒、熱または光活性化剤を含有する組成物を含み、当該組成物が50℃〜100℃以上の温度に加熱されると、開環メタセシス重合(ROMP)され、実質的に透明な薄膜を形成する。あるいは、本発明の組成物は、適切な放射線にさらされることによって重合されることができる。当該単量体は、1.4〜1.6の範囲の屈折率を有し、これにより、これらの組成物は、各種の屈折率の透明薄膜を形成するように調整することができる。本発明の組成物は、透明薄膜を形成し、組成物の屈折率をさらに増加させる無機ナノ粒子をさらに含む。したがって、本発明の組成物は、とりわけコーティング、カプセル材、充填剤、レベリング剤を含む各種の光電子用途に有用である。
Description
関連出願に対する相互引用
本願は、2017年8月10日付で出願された米国仮出願第62/543,449号の優先権を主張し、全体が参照として本明細書に組み込まれる。
本発明による実施形態は、一般に、単一成分の塊状重合性ポリシクロオレフィン単量体と、無機ナノ粒子が分散された組成物であって、優れた光透過性と、適切な屈折率を有する組成物に関する。前記組成物の屈折率は、光学デバイスの中でも、特に光学センサ、発光ダイオード(LED)、有機発光ダイオード(OLED)のレイヤが有する屈折率と一致する。より具体的には、本発明は、室温で安定的な単一成分の組成物であって、ノルボルネン(NB)系のオレフィン単量体を含み、無機ナノ粒子が分散されており、高温または光分解条件下で塊状重合を起こし、カプセル化剤、コーティング、フィラーなどを含む光電子分野の各種の用途に用いられる透明光学層を形成する組成物に関する。
有機発光ダイオード(OLED)は、薄型テレビおよびその他のフレキシブルディスプレイを含む各種の用途において徐々にその重要性が増加している。しかしながら、従来のOLED、特に下部発光型(bottom emitting)OLEDは、生成した光子の半分しかガラス基板に放出されず、25%は大気に排出されるという欠点がある。光子の残りの半分は、導波してOLEDスタック内で消失する。光子の損失は、主に屈折率(n)が有機層(n=1.7〜1.9)とガラス基板(n=1.5)とにおいて一致しないことに起因する。基板(n=1.8)と有機層の屈折率を一致させ、発光領域からカソードまでの距離を増加させてプラズモン損失を抑制すると、基板への光放出は80〜90%に増加する。例えば、G.Gaertner et al.,Proc.Of SPIE,Vol.6999,69992T pp1−12(2008)を参照されたい。
また、OLEDは別の課題を有している。OLEDは有機材料であるため、一般的に水分、酸素、温度、その他の苛酷な環境に敏感である。よって、苛酷な大気条件ではOLEDを保護することが必要不可欠である。例えば、米国公開特許第2012/0009393を参照されたい。
当該分野で直面する問題に対処するために、米国特許第8263235号は、有機発光材料と、芳香環を有さない脂肪族化合物のうちの少なくとも1種からなり、発光される光の屈折率が1.4〜1.6である発光層の用途を開示している。当該脂肪族化合物は、一般的に各種のポリアルキルエーテル類であり、これらの物質は高温で不安定であることが知られている。例えば、Rodriguez et al.,I&EC Product Research and Development,Vol.1,No.3,206−210(1962)を参照されたい。
2016年9月1日付で出願され、現在同時係属中の米国特許出願第15/253,980号は、屈折率を好適な範囲に調整することができ、フィラーおよび保護コーティング材として適しており、各種のOLEDデバイスの製造に用いることができる二成分の塊状重合性組成物を開示している。前記の出願が開示する組成物は各種の利点を有しているが、二成分系の欠点はそのままであり、さらに有機重合体だけではOLEDに必要な高屈折率が得られないという問題点を依然として有している。さらに、OLEDの製造条件はもちろんのこと室温でも安定しており、適切な高温および/または光分解条件に置かれると即座に重合可能な塊状重合性組成物を提供する必要性はそのままである。
したがって、OLEDの屈折率を補完しながら、他の好適な特性の中でも特に高い透明性と良好な熱特性を示すフィラー材料が依然として求められている。また、前記有機充填材料は、永久的な保護コーティングを容易に形成し、OLED層に用いられる単一成分組成物として使用可能であることが好ましい。
したがって、本発明の目的は、当該技術分野が直面する問題点を克服する有機/無機ナノ粒子複合材料を提供することである。より具体的には、OLEDデバイスの製造条件下で塊状重合する単一成分組成物を提供することである。さらに本発明は、一般的な保存条件またはそれ以下では粘度に変化がないが、OLEDデバイスを最終的に製造する製造条件下でのみ、例えば照射および/または加熱工程下でのみ塊状重合する安定した単一成分塊状重合性組成物を提供することをさらなる目的とする。
本発明のその他の目的および適用範囲については、下記の詳細な説明で記述する。
単一成分充填材組成物を採択することで、これまで達成できなかった透明光学層の性質、すなわち1.4〜1.8またはそれ以上の屈折率、高い無色光学透明度、一般的に10〜20μmの範囲が好ましいが、意図する用途に応じてさらに薄くまたは厚く調整可能な充填材層の膜厚、OLEDスタック、特にカソード層(OLEDスタックの最上部にある最も薄い層)に対する互換性、OLEDスタック上の配合物の重合に対する互換性(短い重合時間と100℃未満の温度で光分解的または熱的に処理可能な性質を含む)、OLEDスタックとガラスカバーの両方に対する接着性などの性質を有するOLEDデバイスを製造することができることが見出された。また、本発明の組成物が一般的に低粘度を求めるOLED層にわたって良好で均一なレベリングを期待できることにも注目する必要がある。さらに、本発明の組成物は、剛性のポリシクロオレフィン構造により、低い収縮性を期待できる。さらに、本発明の成分は、応用時に急速に塊状重合するので、OLEDスタックに損傷を与え得る離脱小分子を残さない。一般的に小分子添加剤を追加する必要がないことは、さらなる利点である。最も重要な点は、本発明の組成物は、最大35℃を含む大気環境条件で数時間安定性を保持し(すなわち、粘度変化がない)、50℃以上の温度または光分解条件下でのみ塊状重合する点である。当該組成物は50℃以上の温度で急速に硬化し、一般的に1時間未満で硬化する。
本発明の組成物は「液晶滴下注入(one drop fill;ODF)とも互換することができる。上部発光型(top emission)OLEDデバイスを製造するときに主に使用される通常のODF工程においては、特定の光学流体を添加してデバイスから上部のカバーガラスを通過する光の透過率を高め、続いて、当該流体がODF法において加えられる。しかしながら、該方法はODFとして知られているが、実際には、一般に材料の数滴または数ラインがシールライン内に投入されるため、誤解を招く可能性がある。流体を添加した後、流体はダイ接着エポキシと同様に、上部ガラスを積層するにつれて広がっていく。当該工程は、空気が閉じ込められることを防止するために真空下で行われる。本発明は、低粘度材料が短時間で急速に基板を容易にかつ均等にコーティングすることができるようにする。さらに本発明は、特にODF法に単一成分組成物を用いることが二成分系(two component system)を採択することよりもはるかに便利であるということにより、従来技術の短所を克服する。
したがって、本発明は、単一成分組成物において、
a)以下の式(I)で示される1種以上の単量体、
式中、
mは0、1または2の整数であり、
R1、R2、R3、およびR4は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、ヒドロキシ(C1−C16)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C6)アルキル、パーフルオロ(C6−C10)アリール、パーフルオロ(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、トリ(C1−C6)アルコキシシリル、以下の式(A)の基からなる群より選択され、
式中、
Zは、結合、または(CR5R6)a、O(CR5R6)a、(CR5R6)aO、(CR5R6)a−O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O−(SiR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O(CO)−(CR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)−(CR5R6)bからなる群より選択される基であり、aとbは、同一または異なってもよく、それぞれ独立して、1〜12の整数であり、
R5およびR6は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、フェノキシからなる群より選択され、
アリールは、フェニル、または、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐の鎖ヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、フェノキシからなる群より選択された1種以上の基で置換されたフェニルである。
b)ルテニウムおよびオスミウムからなる群より選択された金属を含む潜在的有機遷移金属触媒、
c)光活性酸発生剤、光活性塩基発生剤、熱酸発生剤、熱塩基発生剤、およびそれらの組み合わせからなる群より選択された1種以上の添加物を含んで、
式(I)の前記単量体は、屈折率が少なくとも1.5であり、前記組成物は室温で透明な液体である組成物を提供する。
a)以下の式(I)で示される1種以上の単量体、
mは0、1または2の整数であり、
R1、R2、R3、およびR4は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、ヒドロキシ(C1−C16)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C6)アルキル、パーフルオロ(C6−C10)アリール、パーフルオロ(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、トリ(C1−C6)アルコキシシリル、以下の式(A)の基からなる群より選択され、
Zは、結合、または(CR5R6)a、O(CR5R6)a、(CR5R6)aO、(CR5R6)a−O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O−(SiR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O(CO)−(CR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)−(CR5R6)bからなる群より選択される基であり、aとbは、同一または異なってもよく、それぞれ独立して、1〜12の整数であり、
R5およびR6は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、フェノキシからなる群より選択され、
アリールは、フェニル、または、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐の鎖ヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、フェノキシからなる群より選択された1種以上の基で置換されたフェニルである。
b)ルテニウムおよびオスミウムからなる群より選択された金属を含む潜在的有機遷移金属触媒、
c)光活性酸発生剤、光活性塩基発生剤、熱酸発生剤、熱塩基発生剤、およびそれらの組み合わせからなる群より選択された1種以上の添加物を含んで、
式(I)の前記単量体は、屈折率が少なくとも1.5であり、前記組成物は室温で透明な液体である組成物を提供する。
本発明の別の態様において、本明細書に記載の潜在性有機遷移金属触媒と共に、本明細書に記載の式(I)の1種以上の単量体およびナノ粒子を含む分散液を含む組成物がさらに提供される。
本発明の別の態様では、透明な薄膜を形成する本発明の組成物を含むキットを提供する。
本明細書で用いられる用語は下記のような意味を有する。
本明細書で冠詞「a」、「an」、「the」は、明確かつ明白に1つの対象に限定されていない限り、複数の対象を含む。
本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられる成分の量、反応条件などを表す全ての数字、数値および/または式は、当該数値を得るために行った測定における各種の不確定要素を反映しているので、別途の記載がない限り、全て「約(about)」という用語で修飾されていると理解されるべきである。
本明細書で数字の範囲が開示されている場合、前記範囲は連続しており、当該範囲の最大値と最小値、および前記最大値と最小値間の全ての値を含む。さらに、前記範囲が整数を示す場合、範囲の最大値と最小値間の全ての整数が含まれる。さらには、特徴、または特性を説明するために複数の範囲が提示されている場合、前記複数の範囲を組み合わせることも可能である。すなわち、別途の記載がない限り、本明細書で開示される全ての範囲は、当該範囲に含まれる全ての下位範囲を含むと理解される。例えば「1〜10」という範囲を提示した場合、当該範囲は最小値1と最大値10の間の全ての下位範囲を含むと見なすべきである。1〜10の下位範囲の例には、1〜6.1、3.5〜7.8、5.5〜10などを含むが、これらに限定されない。
本明細書で「ヒドロカルビル」は、炭素原子および水素原子を含有する基を示し、アルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルカリル、アルケニルなどが挙げられるが、これに限定されない。「ハロヒドロカルビル」という用語は、少なくとも1つの水素がハロゲンで置換されたヒドロカルビル基を示す。「パーハロカルビル」は、全ての水素がハロゲンで置換されたヒドロカルビル基を示す。
本明細書で「(C1−C6)アルキル」という表現は、メチル基およびエチル基、並びに直鎖もしくは分岐のプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基を含む。特にアルキル基は、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、tert−ブチルなどである。「(C1−C4)アルコキシ」、「(C1−C4)チオアルキル」「(C1−C4)アルコキシ(C1−C4)アルキル」、「ヒドロキシ(C1−C4)アルキル」、「(C1−C4)アルキルカルボニル」、「(C1−C4)アルコキシカルボニル(C1−C4)アルキル」、「(C1−C4)アルコキシカルボニル」、「ジフェニル(C1−C4)アルキル」、「フェニル(C1−C4)アルキル」、「フェニルカルボキシ(C1−C4)アルキル」、「フェノキシ(C1−C4)アルキル」などの派生表現も同様に解釈することができる。
本明細書で「シクロアルキル」という表現は、公知の環式基を全て含む。「シクロアルキル」の代表例としては、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、シクロヘプチル、シクロオクチルなどが挙げられるが、これらに限定されない。「シクロアルコキシ」、「シクロアルキルアルキル」、「シクロアルキルアリール」、「シクロアルキルカルボニル」などの派生表現も同様に解釈することができる。
本明細書で「(C1−C6)パーフルオロアルキル」という表現は、前記アルキル基の全ての水素原子がフッ素原子で置換されたものを意味する。具体例としては、トリフルオロメチル基およびペンタフルオロエチル基、直鎖もしくは分岐のヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、トリデカフルオロヘキシル基が挙げられる。「(C1−C6)パーフルオロアルコキシ」などの派生表現も同様に解釈することができる。ここに記載された一定のアルキル基、例えば(C1−C6)アルキルは、部分的にフッ素化されてもよい。すなわち、前記アルキル基の水素原子のみがフッ素原子で置換されてもよく、内容を同様に解釈することができる。
本明細書で「(C6−C10)アリール」という表現は、置換もしくは非置換のフェニルもしくはナフチルを示す。置換フェニルまたは置換ナフチルの具体例としては、o−、p−、m−トリル、1,2−、1,3−、1,4−キシリル、1−メチルナフチル、2−メチルナフチルなどが挙げられる。また、「置換フェニル」または「置換ナフチル」は、本明細書で定義しているか、または当該分野で公知のものの中で可能な置換基を全て含む。
本明細書で「(C6−C10)アリール(C1−C4)アルキル」という表現は、本明細書で定義する(C6−C10)アリールが、本明細書で定義する(C1−C4)アルキルにさらに結合されていることを意味する。代表例としては、ベンジル、フェニルエチル、2−フェニルプロピル、1−ナフチルメチル、2−ナフチルメチルなどが挙げられる。
「ハロゲン」、または「ハロ」は、クロロ、フルオロ、ブロモ、ヨードを意味する。
広義に、「置換(substituted)」という用語は、有機化合物の許容可能な置換基を全て含むと解釈することができる。本明細書に開示されている特定の実施形態において、「置換」という用語は、独立して、(C1−C6)アルキル、(C2−C6)アルケニル、(C1−C6)パーフルオロアルキル、フェニル、ヒドロキシ、−CO2H、エステル、アミド、(C1−C6)アルコキシ、(C1−C6)チオアルキル、(C1−C6)パーフルオロアルコキシからなる群より選択される1種以上の置換基で置換されることを意味する。しかし、当該実施形態では、当業者に公知の適切な他の置換基を用いることもできる。
本文、構造、実施例、表において、原子が原子価(valence)を満たしていない場合、当該原子価を満たす適切な数字の水素原子を有していると見なす。
「潜在的有機遷移金属触媒」という用語は、特定(通常は大気環境条件)の温度で触媒活性をほとんどまたはまったく示さず、熱、光、またはその両方でそのような活性を開始する有機遷移金属化合物を意味する。
本明細書において、「由来(derived)」という用語は、重合体繰り返し単位が、例えば、式(I)〜(IV)による多環ノルボルネン型単量体から重合(形成)されることを意味する。この場合、結果として得られた重合体は、開環メタセシス重合(ROMP)されたものであり、例えば、ノルボルネン型単量体の2,3二重結合は、以下に示すように開環および重合される:
したがって、本発明は、単一成分組成物において、
a)以下の式(I)で示される1種以上の単量体、
式中、
mは0、1または2の整数であり、
R1、R2、R3、およびR4は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、ヒドロキシ(C1−C16)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C6)アルキル、パーフルオロ(C6−C10)アリール、パーフルオロ(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、トリ(C1−C6)アルコキシシリル、以下の式(A)の基からなる群より選択され、
式中、
Zは、結合、または(CR5R6)a、O(CR5R6)a、(CR5R6)aO、(CR5R6)a−O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O−(SiR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O(CO)−(CR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)−(CR5R6)bからなる群より選択される基であり、aとbは、同一または異なってもよく、それぞれ独立して、1〜12の整数であり、
R5およびR6は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、フェノキシからなる群より選択され、
アリールは、フェニル、または、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐の鎖ヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、フェノキシからなる群より選択された1種以上の基で置換されたフェニルである。
b)ルテニウムおよびオスミウムからなる群より選択された金属を含む潜在的有機遷移金属触媒、
c)光活性酸発生剤、光活性塩基発生剤、熱酸発生剤、熱塩基発生剤、およびそれらの組み合わせからなる群より選択された1種以上の添加物を含む、組成物を提供する。
a)以下の式(I)で示される1種以上の単量体、
mは0、1または2の整数であり、
R1、R2、R3、およびR4は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、ヒドロキシ(C1−C16)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C6)アルキル、パーフルオロ(C6−C10)アリール、パーフルオロ(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、トリ(C1−C6)アルコキシシリル、以下の式(A)の基からなる群より選択され、
Zは、結合、または(CR5R6)a、O(CR5R6)a、(CR5R6)aO、(CR5R6)a−O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O−(SiR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O(CO)−(CR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)−(CR5R6)bからなる群より選択される基であり、aとbは、同一または異なってもよく、それぞれ独立して、1〜12の整数であり、
R5およびR6は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、フェノキシからなる群より選択され、
アリールは、フェニル、または、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐の鎖ヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、フェノキシからなる群より選択された1種以上の基で置換されたフェニルである。
b)ルテニウムおよびオスミウムからなる群より選択された金属を含む潜在的有機遷移金属触媒、
c)光活性酸発生剤、光活性塩基発生剤、熱酸発生剤、熱塩基発生剤、およびそれらの組み合わせからなる群より選択された1種以上の添加物を含む、組成物を提供する。
前述したように、式(I)の単量体は、少なくとも1.5の屈折率を有し、組成物は、室温で透明な液体の形である。
本発明の組成物で採択する単量体は、参考文献において知られているか、または当該分野において同一または類似の単量体を製造する方法として知られている各種の方法で製造することができる。
さらに、本明細書に記載の単量体は、例えば、有機−ルテニウムおよび有機−オスミウム化合物などの特定の遷移金属触媒を使用して、質量開環メタセシス重合(ROMP)条件下で重合する場合、溶媒を使用せずに、ニートな形で容易に塊重合する。例えば、R.H.Grubbs et al.,Handbook of Metathesis,Ed.:Wiley−VCH、weinhein,Germany,2003,R.H.Grubbs et al.,Acc.Chem.Res2001,34,18−29,R.H.Grubbs et al.,Angew.Int.Ed.,2006,45,3760−3765.を参照されたい。また、米国特許第6,838,489号を参照し、その関連部分は参照により本明細書に組み込まれる。本明細書の「塊状重合」とは、当該分野において一般的に受け入れられている意味を有する。言い換えれば、実質的に溶媒の非存在下で実施される重合反応を意味する。ただし、一部の場合は、反応媒質内に少量の溶媒が存在することもある。例えば、前述した少量の溶媒は、潜在的触媒および/または活性剤の溶解、または反応媒質への運搬に用いられることもあり、単量体の粘度の低減に用いられることもある。反応媒質内で用いられる溶媒の量は単量体の総重量に対して0〜5重量%の範囲である。本発明では、触媒、活性剤および/または単量体を溶解するのに適切な溶媒であればいずれも使用可能である。前記溶媒の例としては、アルカン、シクロアルカン、トルエン、THF、ジクロロメタン、ジクロロエタンなどが挙げられる。
潜在的触媒および活性剤の溶解に1種以上の単量体自体を用いることで、溶媒の使用を回避できることが見出された。さらに、1種の単量体を他の単量体の溶媒として機能させると、追加の溶媒が必要でない。例えば、式(I)の第1単量体が室温で固体である場合、室温で液体である式(I)の第2単量体は、式(I)の第1単量体の溶媒として使用することができる。その逆も同様である。よって、前述のような状況では、本発明の組成物は1種以上の単量体を採択することができる。
その結果、式(I)の単量体が、適切な基板に当該組成物を塗布するときとは異なる温度および/または条件で塊状重合を行って得られた重合体薄膜に高屈折率を与える高屈折率材料として機能することが分かった。一般に、本発明に適した式(I)の単量体は、屈折率が少なくとも1.5である特徴を有する。実施形態において、式(I)の単量体の屈折率は1.5より高い。別の実施形態において、式(I)の単量体の屈折率は約1.5〜1.6の範囲である。また別の実施形態において、式(I)の単量体の屈折率は1.55よりも高く、1.6よりも高く、または1.65よりも高い。さらに別の実施形態においては1.7よりも高くてもよい。
通常、本発明の組成物は粘度が低く、100センチポアズ未満またはそれ以上である。実施形態において、本発明の組成物の粘度は90センチポアズ未満である。また別の実施形態において、本発明の組成物の粘度は約10〜100センチポアズの範囲である。また別の実施形態において、本発明の組成物の粘度は80cP未満、60cP未満、40cP未満、または20cP未満である。さらに別の実施形態においては20cP未満であってもよい。
本発明の組成物が、例えば、2種以上の単量体を含む場合、それらは、屈折率修正、粘度修正のいずれかまたは両方を含む、好適な利益をもたらす各種の好適な量で存在し得る。したがって、式(I)の第1の単量体の式(II)の第2の単量体に対するモル比は、1:99〜99:1であり得る。実施形態において、式(I)の単量体と式(II)の単量体のモル比は5:95〜95:5の範囲であり、または別の実施形態においては、10:90〜90:10、20:80〜80:20、30:70〜70:30、60:40〜40:60、50:50の範囲、または他の範囲であってもよい。同様に、式(I)の2種以上の異なる単量体が使用される場合、好適な結果をもたらすようなものであれば単量体の各種の比率を使用することができる。
一般に、本発明による組成物は、前述した式(I)の単量体1種以上と、必要に応じて異なる式(I)の単量体1種以上を含み、後述するように、当該組成物の各種の実施形態は、実施形態の用途に適合し、かつ好適な性質を有するように選択される。つまり、本発明の実施形態は、特定の用途に合わせて調整することができる。
例えば、前述したように、異なる式(I)の単量体を適切に組み合わせることで、当該組成物が適切な屈折率、粘度、光透過率を有するように調整することができる。さらに、本明細書でさらに説明するように、例えば、最終用途に応じて好適な光学特性を提供するのに適合する無機ナノ粒子などの、他の重合体材料または単量体材料を含むことが好ましい場合がある。すなわち、本発明の組成物は、好適な性質を得られるようにするその他の高屈折率高分子材料およびナノ粒子を含んでもよい。当該重合体に制限はないが、例えばポリ(α−メチルスチレン)、ポリ(ビニル−トルエン)、α−メチルスチレンとビニル−トルエンとの共重合体などが挙げられる。ナノ粒子の例については、以下でさらに詳しく説明する。
また、本発明の組成物はさらに単量体を含んでもよいことが見出された。実施形態において、本発明による組成物は、式(IV)の単量体より選択された1種以上の単量体をさらに含んでもよい。
前記式(IV)の単量体は、
式中、
oは0〜2の整数であり、
DはSiR21R22R23、または以下から選択される基であり、
式中、cは1〜10の整数であり、1つ以上のCH2が、必要に応じて(C1−C10)アルキル、(C1−C10)パーフルオロアルキル、または(C6−C14)アリールで置換され、
R18、R19、およびR20は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、ヒドロカルビルから選択され、ヒドロカルビルは、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の鎖(C3−C12)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、(C1−C12)アルコキシ、(C3−C12)シクロアルコキシ、(C6−C12)ビシクロアルコキシ、(C7−C14)トリシクロアルコキシ、(C6−C10)アリールオキシ(C1−C3)アルキルまたは(C6−C10)アリールオキシから選択され、
R21、R22、およびR23は、それぞれ独立して、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C9)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C14)アリール、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C9)アルコキシ、または置換もしくは非置換の(C6−C14)アリールである。
oは0〜2の整数であり、
DはSiR21R22R23、または以下から選択される基であり、
R18、R19、およびR20は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、ヒドロカルビルから選択され、ヒドロカルビルは、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の鎖(C3−C12)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、(C1−C12)アルコキシ、(C3−C12)シクロアルコキシ、(C6−C12)ビシクロアルコキシ、(C7−C14)トリシクロアルコキシ、(C6−C10)アリールオキシ(C1−C3)アルキルまたは(C6−C10)アリールオキシから選択され、
R21、R22、およびR23は、それぞれ独立して、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C9)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C14)アリール、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C9)アルコキシ、または置換もしくは非置換の(C6−C14)アリールである。
本発明の前記態様において、式(IV)の単量体がさらなる利点を提供することが見出された。すなわち、単量体の性質に依存する式(IV)の単量体は、組成物に高屈折率または低屈折率を付与することができ、したがって、ニーズを満たすように調整することができる。加えて、式(IV)の単量体は一般に接着特性を改善し、したがって「接着改質剤」として使用できる。最後に、式(IV)の単量体は、他の各種の利点の中でも、潜在的触媒および/または活性剤に対して低粘度および良好な溶解性を示す場合がある。
本発明のさらに別の実施形態において、当該組成物は、本明細書で記載されたように、ROMPの条件下で塊状重合を起こす潜在的触媒を種類に制限なく含む。一般に、そのような適切な潜在的触媒には、周知の多数の有機遷移金属錯体が挙げられ、その中でも有機−ルテニウムまたは有機−オスミウム化合物が挙げられる。
したがって、本発明の組成物は、式(II)の化合物と式(III)の化合物からなる群より選択される有機−ルテニウム化合物である潜在的触媒を包含する。
式中、
Xは、塩素、臭素、およびヨウ素からなる群より選択されるハロゲンであり、
YはOおよびSからなる群より選択され、
Y’は、OR9 SR9および−N=CHC(O)O(C1−C6)アルキルであり、ここで、R9はメチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルキル、(C6−C10)アリール、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルコキシ、(C6−C10)アリールオキシ、−OCH(CH3)C(O)N(CH3)(OCH3)からなる群より選択され、
LはPR3またはO=PR3であり、ここで、Rは、独立して、イソプロピル、sec−ブチル、tert−ブチル、シクロヘキシル、ビシクロ(C5−C10)アルキル、フェニル、ベンジル、イソプロポキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシ、シクロヘキシルオキシ、フェノキシ、およびベンジルオキシからなる群より選択され、
R7は、イソプロピル、sec−ブチル、tert−ブチル、置換もしくは非置換のシクロヘキシル、置換もしくは非置換のフェニル、置換もしくは非置換のビフェニル、および置換もしくは非置換のナフチルからなる群より選択され、
R8は、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルキル、(C6−C10)アリール、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルコキシ、(C6−C10)アリールオキシ、−NHCO(C1−C6)アルキル、−NHCO−パーフルオロ(C1−C6)アルキル、−SO2N((C1−C6)アルキル)2、および−NO2からなる群より選択され、
Ar1、Ar2、Ar3、およびAr4は同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のフェニル、置換もしくは非置換のビフェニル、および置換もしくは非置換のナフチルからなる群より選択され、
前記置換基は、メチル、エチル、イソ−プロピル、tert−ブチル、およびフェニルからなる群より選択される。
Xは、塩素、臭素、およびヨウ素からなる群より選択されるハロゲンであり、
YはOおよびSからなる群より選択され、
Y’は、OR9 SR9および−N=CHC(O)O(C1−C6)アルキルであり、ここで、R9はメチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルキル、(C6−C10)アリール、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルコキシ、(C6−C10)アリールオキシ、−OCH(CH3)C(O)N(CH3)(OCH3)からなる群より選択され、
LはPR3またはO=PR3であり、ここで、Rは、独立して、イソプロピル、sec−ブチル、tert−ブチル、シクロヘキシル、ビシクロ(C5−C10)アルキル、フェニル、ベンジル、イソプロポキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシ、シクロヘキシルオキシ、フェノキシ、およびベンジルオキシからなる群より選択され、
R7は、イソプロピル、sec−ブチル、tert−ブチル、置換もしくは非置換のシクロヘキシル、置換もしくは非置換のフェニル、置換もしくは非置換のビフェニル、および置換もしくは非置換のナフチルからなる群より選択され、
R8は、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルキル、(C6−C10)アリール、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルコキシ、(C6−C10)アリールオキシ、−NHCO(C1−C6)アルキル、−NHCO−パーフルオロ(C1−C6)アルキル、−SO2N((C1−C6)アルキル)2、および−NO2からなる群より選択され、
Ar1、Ar2、Ar3、およびAr4は同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のフェニル、置換もしくは非置換のビフェニル、および置換もしくは非置換のナフチルからなる群より選択され、
前記置換基は、メチル、エチル、イソ−プロピル、tert−ブチル、およびフェニルからなる群より選択される。
一般に、式(I)の単量体の開環メタセシス重合をもたらす潜在性有機遷移金属触媒はいずれも本発明の組成物に使用することができる。より具体的にはは、環境温度でほとんどまたは全く活性を示さない有機−ルテニウムと有機−オスミウム化合物を使用することができる。すなわち、室温または室温付近で安定な潜在的触媒が、本発明の組成物により適している。潜在的触媒は、各種の条件によって活性化してもよく、ここには、熱、酸、光、および化学的活性化を含むが、これらに限定されない。化学的活性化には、熱酸発生剤または光酸発生剤の使用が含まれてもよい。
ROMP触媒を休止状態にする別のアプローチは、例えば、光塩基発生剤などの適切な失活剤の添加により触媒を失活させることである。当該触媒は、熱酸発生剤または光酸発生剤の使用により再び活性化される。ROMP触媒の潜在性(latency)を調整する別のアプローチは、以下でさらに例示するように、N−複素環カルベン(NHC)リガンドを操作する方法である。したがって、本明細書に記載の各種の異なる技術を使用して、本明細書に記載の電子デバイスの製造を促進するために、後で光分解または熱処理、または化学的活性化により活性化できる触媒を潜在的にすることができる。
本発明の組成物に使用するのに適した潜在的触媒は、参考文献に記載された周知の触媒であってもよいし、当該技術分野で周知の方法のいずれかによって容易に作製することができる。例えば、Grubbs,etal.,Organom et allics,2011,30(24)6713−6717;Sutar et al.,Angew.Chem. Int. Ed.2016,55,764−767;Leitgeh,et al.,Monatsh Chem(2014)145:1513−1517;van Hensbergen,et al.,J.Mater.C.2015,3,693−702;Grubbs,et al.,J.Am.Chem. Soc.,2009,131,203802039;Zak,et al.,Eur.J.Inorg.Chem.,2014,1131−1136;Gawin,et al.,ACS Catal.2017,7,5443−5449を参照されたい。本明細書に参照として組み込まれている米国特許第9,328,132号を参照にしてもよい。
例示的な潜在、すなわち有機−ルテニウム化合物は、
からなる群より選択されてもよいが、これに限定されない。
例示的な潜在、すなわち有機−ルテニウム化合物は、
前述のように、本発明の組成物は、光活性酸発生剤、光活性塩基発生剤、熱酸発生剤、熱塩基発生剤、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された1種以上の添加剤をさらに含有する。例えば、光酸発生剤、光塩基発生剤などの特定の周知の光活性化学物または熱活性化合物をこの目的に使用できることが分かった。
実施形態において、下記式(V)の光酸発生剤が本発明の組成物に採択される。
式中、Aryl1およびAryl2は、同一または異なり、独立して、置換もしくは非置換のフェニル、ビフェニル、ナフチルからなる群より選択される。
は、カチオン性錯体に弱く配位された弱配位性アニオン(WCA)である。より具体的にはは、WCAアニオンは相対的に非活性であるので、非酸化性、非還元性、非求核性である。一般に、WCAはボレート、ホスファイト、ヒ酸塩、アンチモン酸塩、アルミン酸塩、ボラトベンゼンアニオン、カルボラン、ハロカルボランアニオン、スルホンアミド酸塩およびスルホネートから選択される。
式(V)の化合物の代表例は、次のとおりである。
式中、R30およびR31は、同一または異なり、それぞれ独立して、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C12)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、(C1−C12)アルコキシ、(C3−C12)シクロアルコキシ、(C6−C12)ビシクロアルコキシ、(C7−C14)トリシクロアルコキシ、(C6−C10)アリールオキシ(C1−C3)アルキル、(C6−C10)−アリールオキシから選択される。また、式(V1)、(V2)、(V3)の前記化合物に、R30およびR31の置換基が1つ以上存在することができる。
同様に、周知のスルホニウム塩および四級アンモニウム塩も使用できる。各種の光塩基発生剤は勿論のこと、熱塩基発生剤も使用できる。そのような熱塩基発生剤の代表例は、その関連部分が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第9,690,196号で見出すことがでる。光塩基発生剤の代表例は、その関連部分が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開番号US−2016−0238932−A1で見出すことができる。
熱酸発生剤のまた別の代表的な例としては、ハロゲン化物、酢酸塩、トリフルオロ酢酸塩、ホスファイト、ヘキサフルオロホスファイト、ヘキサフルオロアンチモン酸塩、およびスルホネートを含む、各種の第四級アンモニウム塩が挙げられる。例えば、スルホネートは一般的に以下の式で示される。
式中、R11、R12、R13およびR14は、同一または異なり、それぞれ独立して、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキル、(C3−C12)シクロアルキルからなる群より選択され、または、R11、R12、R13およびR14のうちの各種の2つは、これらに結合する窒素原子と共に(C3−C12)環状または(C5−C12)二環式環を形成し、
R15は、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール、および置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキルからなる群より選択される。
R15は、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール、および置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキルからなる群より選択される。
当該第四級アンモニウム塩は、テトラ酢酸アンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウムなどのテトラ−アルキルアンモニウム塩が含まれるが、これらに限定されない。他の代表的な第四級アンモニウム塩には、King Industriesから商品名K−PURE(登録商標)第四級アンモニウムブロック酸で市販されている、各種のスルホネートが挙げられる。ジノニルナフタレンジスルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、およびパーフルオロブタンスルホン酸の塩を含む、各種の第四級アンモニウムスルホネートを使用できる。このような第四級アンモニウムスルホネートの代表例には、N,N,N−トリメチル−N−ベンジルトリフレート、N−ベンジル−N,N−ジメチル−4−ニトロ−N−フェニルノナフルオロブタンスルホネート、4−メチル−N−ベンジル−N,N−ジメチル−N−フェニルトリフレート、N−ベンジル−N,N−ジメチル−N−フェニルトリフレート、4−メトキシ−N−ベンジル−N,N−ジメチル−N−フェニルトリフレートなどが挙げられるが、これらに限定されない。これらの第四級アンモニウム塩の一部は市販されており、例えば、TAG−2678、TAG−2689、およびTAG−2700はすべてKing Industriesから入手できる。
また別の第四級塩は、以下に示す式の各種のピリジニウムスルホネートが挙げられる。そのようなピリジニウム塩には、前記のようなもの以外に、アニオン、すなわち、ハロゲン化物、酢酸塩、トリフルオロ酢酸塩、ホスファイト、ヘキサフルオロホスファイト、ヘキサフルオロアンチモン酸塩などが含まれてもよい。
式中、nは0〜5の整数であり、
R15は前記で定義したとおりであり、
R16はメチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキルからなる群より選択され、
R17は、独立して、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキルからなる群より選択される。
R15は前記で定義したとおりであり、
R16はメチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキルからなる群より選択され、
R17は、独立して、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキルからなる群より選択される。
前記ピリジニウム塩の代表例には、ピリジニウムトリフレート、1−(4−メトキシフェニル)メチル−ピリジニウムトリフレートなどが挙げられるが、これらに限定されない。
しかしながら、本明細書において採択される潜在的触媒の活性剤を生成し得るその他の周知の光活性化合物または熱活性化合物のいずれも、本発明の組成物に使用可能である。当該化合物はすべて本発明の一部として見なされる。
本発明のさらに別の態様において、ナノ粒子の分散体を含む本明細書に記載の組成物がさらに提供される。驚くべきことに、本発明の当該態様において、前述の添加剤のいずれも添加する必要がないことが見出された。すなわち、本発明の当該態様において、組成物は、式(I)で示される1種以上の単量体、前述の有機−ルテニウム化合物のような有機遷移化合物、およびナノ粒子の分散物のみを含む。当該組成物が、例えば、約50℃から約100℃以上の高温にさらされると、質量開環メタセシス重合(ROMP)されて透明な薄膜を形成する。
そのような変化をもたらし得る参考文献で知られているナノ粒子のいずれも、本発明の当該態様で使用することができる。一例として、米国特許第8,592,511号は、本発明のこの態様に適した特定のナノ粒子を開示しており、その関連部分は参照により本明細書に組み込まれている。したがって、前記ナノ粒子には、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム−ジルコニウム、および酸化チタン−ジルコニウムのうち少なくとも1種が含まれるが、これらに限定されない。
本発明の実施形態において、本明細書に開示される透明な薄膜を容易に形成するために、各種の酸化ジルコニウムナノ粒子が適切であることが見出された。
さらに、適切な光活性開始剤または熱活性開始剤を採択すると、当該組成物に温度上昇または適切な照射のいずれかを加えたときに、単量体の塊状重合を生じさせ得ることが見出された。また、前述の効果をもたらす光活性化合物または熱活性化合物であれば、いずれも本発明の組成物に採択できる。
本発明の実施形態において、本発明の組成物は、式(I)の単量体の塊状重合を促進するために、有機遷移化合物を活性化できる光増感剤化合物をさらに含有することができる。このために、適切な増感剤化合物であれば、いずれも本発明の組成物に採択できる。適切な増感剤成分は、アントラセン、フェナントレン、クリセン、ベンズピレン、フルオランテン、ルブレン、ピレン、キサントン、インダントレン、チオキサンテン−9−オン、およびこれらの混合物のような光増感剤を含み、例示的な実施形態においては、適切な増感剤化合物として、2−イソプロピル−9H−チオキサンテン−9−オン、4−イソプロピル−9H−チオキサンテン−9−オン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン(製品名CPTXで市販、Lambson社製)、フェノチアジン、およびこれらの混合物が挙げられる。通常、光増感剤は、光源から照射したエネルギーを吸収し、そのエネルギーを適切な基板/反応物に伝達する。本発明において、前記基板/反応物は、本発明の組成物に採択された光活性開始剤である。
本発明の組成物において、好適な結果を得られるのであれば潜在的触媒と添加剤開始剤の含有量に特に制限はない。一般に、単量体:潜在的触媒:添加剤のモル比は10,000:1:1〜5,000:1:1の範囲またはそれ以下の範囲である。一部の実施形態において、単量体:潜在的触媒:光活性開始剤または熱活性開始剤のモル比は、15,000:1:1、20,000:1:1またはそれ以上である。繰り返すが、前述のように、ナノ粒子を使用する場合、潜在的触媒を活性化するために他の添加剤を使用する必要はない。
本発明による組成物は、一般的に50℃〜100℃の温度、またはそれ以上、例えば、150℃または200℃の温度で塊状重合を実施すると、実質的に透明な薄膜を形成することが見出された。すなわち、本発明の組成物が加熱されて一定温度まで上昇されると、単量体が塊状重合して可視光で実質的に透明な薄膜を形成する。言い換えれば、ほとんどの可視光が当該薄膜を透過する。実施形態において、本発明の組成物から形成された薄膜は、90%以上の可視光透過率を示した。また別の実施形態において、本発明の組成物から形成された薄膜は、95%以上の可視光透過率を示した。該塊状重合を生じさせ得る温度は、例えば前述したように50℃〜100℃が採択できる。また、50℃未満100℃超の温度でもよい。実施形態において、採択される温度は60℃、70℃、80℃、90℃であるか、または120℃よりも高い。
また別の実施形態において、本発明の組成物は、UVの照射に露光されるときに塊状重合して、実質的に透明な薄膜を形成する。また別の実施形態において、本発明の組成物は、50℃〜100℃の温度で適切なUVの照射に露光されるときに塊状重合して、実質的に透明な薄膜を形成する。
本発明のさらに別の実施形態において、本発明の組成物は、5−フェネチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(PENB)、5−ノルボルネニルメチル−オイゲノール、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニルイミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−(2−オキソベンジリデン)ルテニウム(VI)ヨウ化物、および(4−チオフェニル)フェニル−ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートとビス−(トリフェニルスルホニウム)スルフィドビス−ヘキサフルオロホスフェートとの混合物を含む。
本発明の別の実施形態では、本発明の組成物は、5−フェネチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(PENB)、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニルイミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−(2−オキソベンジリデン)ルテニウム(VI)ヨウ化物、およびN,N,N−トリメチル−N−ベンジルトリフレートを含む。
本発明のさらに別の実施形態では、本発明の組成物は、5−ノルボルネニルメチル−オイゲノール、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−イミダゾリジニリデン)ジクロロ−(フェニルメチリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)ルテニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化物ナノ粒子を含む。
本発明の別の実施形態では、本発明の組成物は、5−フェネチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(PENB)、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニルイミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−(2−オキソベンジリデン)ルテニウム(VI)クロリド、および(4−チオフェニル)フェニル−ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートとビス−(トリフェニルスルホニウム)スルフィドビス−ヘキサフルオロホスフェートとの混合物を含む。
本発明のさらに別の態様では、実質的に透明な薄膜を形成するキットを提供する。本発明の組成物は当該キット内で分散される。したがって、実施形態において、式(I)の単量体の1種以上、必要に応じて本明細書に記載された添加剤の1種以上またはナノ粒子の分散液を分散させて好適な結果を得るか、好適な目的を得られるキットを提供することになる。さらに、当該キットは、本明細書に記載の潜在的触媒を含む。式(I)の単量体は、前述したとおりである。
さらに、前記キットは、本明細書に記載の潜在的触媒を含む。式(I)の単量体は、前述したとおりである。実施形態では、前述のキットは、互いに異なる式(I)の2種以上の単量体を含む。また他の実施形態において、本発明のキットは、少なくとも2種の単量体を含み、第1の単量体は、前述の第2の単量体および/また、本明細書に記載の潜在的触媒と添加剤の溶解を促進する。本明細書に記載の式(I)の単量体は、いずれも本実施形態で用いることができる。これらの成分に含まれる式(I)の第1および第2の単量体のモル比は、変動する可能性があり、1:99〜99:1、10:90〜90:10、20:80〜80:20、30:70〜70:30、60:40〜40:60、または50:50などの範囲であってもよい。他の実施形態では、キットは、各々が互いに異なる式(I)の2種以上の単量体を分散した組成物を包含してもよい。さらに、前述したように、式(I)の第1の単量体は、式(I)の第2の単量体に完全に溶解し、室温で透明な溶液を形成する。実施形態において、単量体混合物は、塊状重合する前に、例えば30℃、40℃、または50℃のわずかに高い温度において、透明な溶液になる。本発明のさらに別の態様において、本発明の組成物は、十分な時間の間50℃〜100℃の温度で塊状重合して、重合体薄膜を形成する。すなわち、本発明の組成物をカプセル化すべき表面または基板に注いで50℃〜100℃の温度に加熱して単量体を重合して、固体の透明重合体を形成し、当該固体の透明重合体は透明な薄膜状である。一般に、前述したように、前記重合は50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃あるいはそれ以上の温度で実施することができる。たとえば60℃で5分間、その後70℃で15分間加熱し、重合を開始する。本発明を実施することにより、実質的に透明な薄膜の重合体薄膜を前記基板上で得ることができる。本明細書において「実質的に透明な薄膜」とは、本発明の組成物で形成されたものであって、可視光で光学的に透明であることを意味する。したがって、本発明の実施形態において、前記薄膜は少なくとも90%の可視光透過率を有し、また別の実施形態において、本発明の組成物で形成された薄膜は、少なくとも95%の可視光透過率を有する。
実施形態で、前記のキットは、5−フェネチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(PENB)、5−ノルボルネニルメチル−オイゲノール、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニルイミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−(2−オキソベンジリデン)ルテニウム(VI)ヨウ化物、(4−チオフェニル)フェニル−ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートとビス−(トリフェニルスルホニウム)スルフィドビス−ヘキサフルオロホスフェートとの混合物を含む。
他の実施形態において、本明細書に記載のキットは、5−ノルボルネニルメチル−オイゲノール、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−イミダゾリジニリデン)ジクロロ−(フェニルメチリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)ルテニウム、および酸化ジルコニウムのナノ粒子を含む。
本発明のさらに別の態様において、式(I)の1種以上の単量体、潜在的触媒、前述の熱酸発生剤、光活性酸発生剤、または熱塩基発生剤である1種以上の添加剤を含む組成物がさらに提供される。前述した式(I)の単量体であればいずれも本態様に採択できる。式(I)の単量体は、少なくとも1.5の屈折率と100センチポアズ未満の粘度を有する。式(I)の2種以上の単量体が使用される場合、第1の単量体は第2の単量体と完全に混和して、透明な溶液を形成する。前記組成物を50℃〜100℃の範囲の温度に加熱し、必要に応じて適切な照射に露光させるときに、90%を超える可視光透過率を有する実質的に透明な薄膜を形成する。
本発明のさらに別の態様によれば、本発明は、各種の光電子デバイスの製造に用いられる実質的に透明な薄膜を形成する方法であって、前記方法では、
式(I)の1種以上の単量体と、潜在的触媒と、熱酸発生剤、光活性酸発生剤、または熱塩基発生剤から選択される添加剤とを含む均質な透明組成物を形成し、
前記組成物で適切な基板をコーティングするかまたは前記組成物を適切な基板に注いで薄膜を形成し、
前記薄膜を適切な温度に加熱して単量体を重合する。
式(I)の1種以上の単量体と、潜在的触媒と、熱酸発生剤、光活性酸発生剤、または熱塩基発生剤から選択される添加剤とを含む均質な透明組成物を形成し、
前記組成物で適切な基板をコーティングするかまたは前記組成物を適切な基板に注いで薄膜を形成し、
前記薄膜を適切な温度に加熱して単量体を重合する。
本発明の組成物で好適な基板をコーティングして薄膜を形成する工程において、本明細書で記述したコーティング工程および/または当該分野の当業者に周知の工程、例えばスピンコートによって行うことができる。その他の適切なコーティング方法としては、スプレー、ドクターブレード、メニスカスコート、インクジェットコート、スロットコートなどが挙げられるが、これらに限定されない。混合物を基板上に注いで薄膜を形成してもよい。適切な基板は、電気、電子または光電子デバイスに用いられる適当な基板、例えば半導体基板、セラミック基板、ガラス基板などが挙げられる。
続いて、コーティングされた基板を焼成する。すなわち、塊状重合を促す温度、例えば50℃〜100℃の温度で1〜60分間加熱するが、他の温度および時間を用いてもよい。実施形態では、基板を約60℃〜約90℃の温度で2分〜10分間焼成する。また別の実施形態では、基板を約60℃〜約90℃度の温度で5分〜20分間焼成する。
このようにして形成された薄膜の光学的性質を、当該分野で周知の各種の方法によって評価する。例えば、可視スペクトルにわたる薄膜の屈折率は、偏光解析法(ellipsometry)によって測定する。薄膜の光学的品質は、目視観察によって判定する。透過率は、可視分光法によって定量的に測定する。一般に、本発明により形成された薄膜は、本明細書に記載したように優れた光学的透明性を示し、好適な屈折率に調整することができる。
したがって、本発明の実施形態においては、本明細書に記載の組成物の塊状重合によって得られる光学的透明な薄膜をさらに提供する。また別の実施形態においては、本明細書に記載の本発明の透明な薄膜を含む光電子デバイスをさらに提供する。
下記の実施例は本発明の特定の化合物/単量体、重合体、組成物の調製および利用方法を詳しく説明するものである。詳細な調製方法は、前述の一般的な調製方法の範疇に属し、またはそれの例示に当該するものである。実施例は説明のみを目的としており、本発明を限定するためのものではない。実施例および本明細書において、単量体と触媒の割合はモル比である。
次の略語は、本発明の実施形態で使用される化合物、機器および/または方法を記述するためのものである。
PENB:5−フェネチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン;
Ru−I:1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル−イミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−(2−オキソベンジリデン)ルテニウム(VI)クロリド;
Ru−II:1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニルイミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−(2−オキソベンジリデン)ルテニウム(VI)ヨウ化物;
Ru−III:ビス−[1−(2,6−ジエチルフェニル)−3−フェニル−3−メチル−5,5’−ジメチル−2−イミダゾリジニリデン]ジクロロ(3−フェニル−1H−インデン−1−イリデン)ルテニウム;
Ru−IV:シス−[1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−イミダゾリジニリデン]ジクロロ(3−フェニル−1H−インデン−1−イリデン)(トリイソプロピルホスファイト)ルテニウム(II);
CGI 1293:メチル 4−(1−メチル)オクタヒドロピロロ[1,2−a]ピリミジンベンゾエート;
CGI 90:1−(1−フェニルエチル)オクタヒドロピロロ[1,2−a]ピリミジン;
TAG−2678:King Industriesの熱酸発生装置;
TS−HFP:(4−チオフェニル)フェニル−ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートおよびビス−(トリフェニルスルホニウム)スルフィドビス−ヘキサフルオロホスフェートとの混合物;
DPI−Cl:塩化ジフェニルヨードニウムクロリド;
DPEI−Cl:ジフェニレンヨードニウムクロリド;
PAG:光酸発生剤;
TAG:熱酸発生剤。
PENB:5−フェネチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン;
Ru−I:1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル−イミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−(2−オキソベンジリデン)ルテニウム(VI)クロリド;
Ru−II:1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニルイミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−(2−オキソベンジリデン)ルテニウム(VI)ヨウ化物;
Ru−III:ビス−[1−(2,6−ジエチルフェニル)−3−フェニル−3−メチル−5,5’−ジメチル−2−イミダゾリジニリデン]ジクロロ(3−フェニル−1H−インデン−1−イリデン)ルテニウム;
Ru−IV:シス−[1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−イミダゾリジニリデン]ジクロロ(3−フェニル−1H−インデン−1−イリデン)(トリイソプロピルホスファイト)ルテニウム(II);
CGI 1293:メチル 4−(1−メチル)オクタヒドロピロロ[1,2−a]ピリミジンベンゾエート;
CGI 90:1−(1−フェニルエチル)オクタヒドロピロロ[1,2−a]ピリミジン;
TAG−2678:King Industriesの熱酸発生装置;
TS−HFP:(4−チオフェニル)フェニル−ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートおよびビス−(トリフェニルスルホニウム)スルフィドビス−ヘキサフルオロホスフェートとの混合物;
DPI−Cl:塩化ジフェニルヨードニウムクロリド;
DPEI−Cl:ジフェニレンヨードニウムクロリド;
PAG:光酸発生剤;
TAG:熱酸発生剤。
本発明で用いられる各種の単量体は、市販されているか、または同時係属出願の米国出願第15/253,980号(2016年9月1日出願)に記載の方法に基づいて容易に製造することができる。
下記の実施例は、前述の本発明の組成物が35℃の温度で数日間安全性を保持しながら、以下の特定の温度に加熱することにより容易に塊状重合され得ることを立証する。
<実施例1>
PENBの塊状重合
ガラス瓶内で、Ru−I(0.0021g、0.0025mmol)を溶媒なしでPENB(5g、25.21mmol)に溶解し、透明な溶液を形成した。単量体と触媒の比率は10,000:1であった。次いで、この溶液に、CGI 1293の溶液(0.38gのアセトン中の0.004gの0.0075mmol)を加えた。溶液をUV光で露光した(5J/cm2、広帯域、5分)。溶液は、室温で6日後でも自由流動性であった。次に、これにアセトンで希釈したHClを加えた(HClとCGI 1293のモル比は3:1であった)。溶液はすぐにゲル化した。これは、Ru−Iが塩基(すなわち、CGI 1293)で休眠状態に導かれ、HClの添加により活性化できることを明確に示している。
PENBの塊状重合
ガラス瓶内で、Ru−I(0.0021g、0.0025mmol)を溶媒なしでPENB(5g、25.21mmol)に溶解し、透明な溶液を形成した。単量体と触媒の比率は10,000:1であった。次いで、この溶液に、CGI 1293の溶液(0.38gのアセトン中の0.004gの0.0075mmol)を加えた。溶液をUV光で露光した(5J/cm2、広帯域、5分)。溶液は、室温で6日後でも自由流動性であった。次に、これにアセトンで希釈したHClを加えた(HClとCGI 1293のモル比は3:1であった)。溶液はすぐにゲル化した。これは、Ru−Iが塩基(すなわち、CGI 1293)で休眠状態に導かれ、HClの添加により活性化できることを明確に示している。
<実施例2>
PENBの塊状重合
Ru−1を安定化されるための光塩基としてCG I90を使用することを除き、実施例1の手順を実施例2で実質的に繰り返した。このようにして得られた透明な溶液は、室温で6日後でもまた自由流動性であり、アセトンで希釈したHClを添加した直後にゲル化した(HCl対CGI 1293モル比は3:1であった)。
PENBの塊状重合
Ru−1を安定化されるための光塩基としてCG I90を使用することを除き、実施例1の手順を実施例2で実質的に繰り返した。このようにして得られた透明な溶液は、室温で6日後でもまた自由流動性であり、アセトンで希釈したHClを添加した直後にゲル化した(HCl対CGI 1293モル比は3:1であった)。
<実施例3>
Ru−IIによるPENBの塊状重合
触媒としてRu−IIを使用し、光酸発生剤としてTS−HFP(0.007g)を使用したことを除き、実施例1の手順を実施例3で実質的に繰り返した。溶液は安定しており、少なくとも2時間は粘度が増加することなく自由流動を保持した。溶液をUV光にさらし(5J/cm2、広帯域、5分)、100°Cに1時間加熱され、その時点でゲル化した。
Ru−IIによるPENBの塊状重合
触媒としてRu−IIを使用し、光酸発生剤としてTS−HFP(0.007g)を使用したことを除き、実施例1の手順を実施例3で実質的に繰り返した。溶液は安定しており、少なくとも2時間は粘度が増加することなく自由流動を保持した。溶液をUV光にさらし(5J/cm2、広帯域、5分)、100°Cに1時間加熱され、その時点でゲル化した。
<実施例4〜5>
実施例3の手順は、表1に記載のPAGから互いに異なるものをそれぞれ用いて、これらの実施例4および5で実質的に繰り返された。PAG溶液は、実施例4で0.5gのエタノールにPAGを溶解することにより調製され、実施例5では溶媒は使用されなかった。触媒に対するPAGの比率は1:1であった。PAGを含む混合物は、UV光で露光した(5J/cm2、広帯域5分)。すべての反応混合物を100°Cで1時間加熱した。結果を表1にまとめる。
実施例3の手順は、表1に記載のPAGから互いに異なるものをそれぞれ用いて、これらの実施例4および5で実質的に繰り返された。PAG溶液は、実施例4で0.5gのエタノールにPAGを溶解することにより調製され、実施例5では溶媒は使用されなかった。触媒に対するPAGの比率は1:1であった。PAGを含む混合物は、UV光で露光した(5J/cm2、広帯域5分)。すべての反応混合物を100°Cで1時間加熱した。結果を表1にまとめる。
<実施例6>
ガラス瓶に、0.05g無水トルエンに溶解したRu−IV(0.0022g、0.0025mmol)を入れた。触媒溶液をPENB(5g、25.21mmol)と混合した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。この溶液に亜リン酸トリエチルホスファイト(0.001g)を加えた。亜リン酸トリエチルホスファイトと触媒のモル比は2:1であった。溶液の粘度は、30°Cで2日間変化しなかった。反応混合物を100℃に加熱し、15分後にゲル化した。
ガラス瓶に、0.05g無水トルエンに溶解したRu−IV(0.0022g、0.0025mmol)を入れた。触媒溶液をPENB(5g、25.21mmol)と混合した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。この溶液に亜リン酸トリエチルホスファイト(0.001g)を加えた。亜リン酸トリエチルホスファイトと触媒のモル比は2:1であった。溶液の粘度は、30°Cで2日間変化しなかった。反応混合物を100℃に加熱し、15分後にゲル化した。
<実施例7>
PENB/EuOHNB/ナノ粒子の塊状重合
ガラス瓶にPENB(2.5g、12.61ミリモル)、EuOHNB(2.5g、10.86ミリモル)およびジルコニア(ZrO2)ナノ粒子(20nm未満、Pixelligent社)酢酸エチル(10g)の50重量%分散液を入れた。60℃(10torr)でロータリエバポレータを使用して溶媒を除去し、クリアな透明溶液を得た。溶液の屈折率はアッベ屈折計(Atago)を使用して測定され、1.61であった(単量体混合物のみの屈折率は1.56であった)。当該溶液に注射器を用いて、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−イミダゾリジニリデン)ジクロロ(フェニルメチレン)(トリシクロヘキシルホスフィン)ルテニウム(0.00415g、0.05g無水トルエン中0.005mmol)の溶液を注入した。単量体と触媒の比率は5000:1に保たれた。当該組成物を100℃で1時間加熱した。硬化したサンプルの無機残留物は、空気中600℃で動的TGAによって測定され、38重量%であると決定された。
PENB/EuOHNB/ナノ粒子の塊状重合
ガラス瓶にPENB(2.5g、12.61ミリモル)、EuOHNB(2.5g、10.86ミリモル)およびジルコニア(ZrO2)ナノ粒子(20nm未満、Pixelligent社)酢酸エチル(10g)の50重量%分散液を入れた。60℃(10torr)でロータリエバポレータを使用して溶媒を除去し、クリアな透明溶液を得た。溶液の屈折率はアッベ屈折計(Atago)を使用して測定され、1.61であった(単量体混合物のみの屈折率は1.56であった)。当該溶液に注射器を用いて、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−イミダゾリジニリデン)ジクロロ(フェニルメチレン)(トリシクロヘキシルホスフィン)ルテニウム(0.00415g、0.05g無水トルエン中0.005mmol)の溶液を注入した。単量体と触媒の比率は5000:1に保たれた。当該組成物を100℃で1時間加熱した。硬化したサンプルの無機残留物は、空気中600℃で動的TGAによって測定され、38重量%であると決定された。
<実施例8>
薄い(500nm)ナノコンポジット薄膜の調製
実施例8の組成物をトルエンで希釈し、2インチのシリコンウェハ上に30秒間2000rpmのスピン速度でスピンコーティングした。薄膜をホットプレート上で120℃で5分間加熱して、約500nmの膜厚を得た。硬化膜の屈折率は、偏光解析法を使用して589nmで測定され、1.65であった。
薄い(500nm)ナノコンポジット薄膜の調製
実施例8の組成物をトルエンで希釈し、2インチのシリコンウェハ上に30秒間2000rpmのスピン速度でスピンコーティングした。薄膜をホットプレート上で120℃で5分間加熱して、約500nmの膜厚を得た。硬化膜の屈折率は、偏光解析法を使用して589nmで測定され、1.65であった。
<実施例9〜18>
ノルボルネン単量体/ZrO2ナノ粒子の塊状重合
実施例7および8の手順は、表2に挙げられているような各種の異なる単量体およびZrO2ナノ粒子が使用されたことを除き、これらの実施例9〜18で実質的に繰り返された。
ノルボルネン単量体/ZrO2ナノ粒子の塊状重合
実施例7および8の手順は、表2に挙げられているような各種の異なる単量体およびZrO2ナノ粒子が使用されたことを除き、これらの実施例9〜18で実質的に繰り返された。
これらの実施例9〜18のそれぞれで使用された単量体、使用されたナノ粒子のタイプ(すべてPixelligent社から)、ナノ粒子の負荷、溶液および薄膜の屈折率、結果的に得られたナノコンポジットの動的TGAでの残留パーセンテージで測定された薄膜内のZrO2の負荷レベルを表2にまとめた。
<実施例19>
Ru−IIIを用いたPENB薄膜
本明細書に記載のRu−IIIをPENB(5g、25.21mmol)に溶解した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。この溶液は、100μmのガラスビーズスペーサを用いて5インチのベアシリコンウェハに噴射し、2番目のウェハで覆われた。スタックをオーブンで1時間100℃に加熱した。冷却後、薄膜を水中のウェハから除去し、室温で乾燥させ、その機械的特性を測定し、表3にまとめた。
Ru−IIIを用いたPENB薄膜
本明細書に記載のRu−IIIをPENB(5g、25.21mmol)に溶解した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。この溶液は、100μmのガラスビーズスペーサを用いて5インチのベアシリコンウェハに噴射し、2番目のウェハで覆われた。スタックをオーブンで1時間100℃に加熱した。冷却後、薄膜を水中のウェハから除去し、室温で乾燥させ、その機械的特性を測定し、表3にまとめた。
<実施例20〜21>
PENBおよびPENB/EuOHNB/ZrO2ナノ粒子薄膜の機械的特性
PENB/EuOHNB(50/50重量比)(5g、23.47mmol)を酢酸エチル(10g)のZrO2ナノ粒子(PCPB−2−50−ETAPixelligent社)溶液に溶解した。60℃(10torr)でロータリエバポレータを使用して溶媒を除去した。この組成物に、表3に記載されているそれぞれのルテニウム触媒を添加して、透明な溶液を形成した。単量体と触媒のモル比は10000:1に保持した。組成物は、100μmのガラスビーズスペーサを用いて5インチのベアシリコンウェハに噴射し、2番目のウェハで覆われた。スタックは、オーブンで1時間、100℃で硬化した。薄膜は水中でウェハから除去され、室温で乾燥された。試験した薄膜の機械的特性を表3にまとめる。
PENBおよびPENB/EuOHNB/ZrO2ナノ粒子薄膜の機械的特性
PENB/EuOHNB(50/50重量比)(5g、23.47mmol)を酢酸エチル(10g)のZrO2ナノ粒子(PCPB−2−50−ETAPixelligent社)溶液に溶解した。60℃(10torr)でロータリエバポレータを使用して溶媒を除去した。この組成物に、表3に記載されているそれぞれのルテニウム触媒を添加して、透明な溶液を形成した。単量体と触媒のモル比は10000:1に保持した。組成物は、100μmのガラスビーズスペーサを用いて5インチのベアシリコンウェハに噴射し、2番目のウェハで覆われた。スタックは、オーブンで1時間、100℃で硬化した。薄膜は水中でウェハから除去され、室温で乾燥された。試験した薄膜の機械的特性を表3にまとめる。
<比較例1>
ガラス瓶内で、Ru−I(0.0021g、0.0025mmol)を溶媒なしでPENB(5g、25.21mmol)に溶解して透明な溶液を形成した。単量体と触媒のモル比は10,000:1であった。溶液は室温で約2時間でゲル化した。
ガラス瓶内で、Ru−I(0.0021g、0.0025mmol)を溶媒なしでPENB(5g、25.21mmol)に溶解して透明な溶液を形成した。単量体と触媒のモル比は10,000:1であった。溶液は室温で約2時間でゲル化した。
<比較例2>
ガラス瓶に、0.05g無水トルエンに溶解したRu−IV(0.0022g、0.0025mmol)を入れた。触媒溶液をPENB(5g、25.21mmol)と混合した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。溶液は24時間後に30°Cでゲル化した。
ガラス瓶に、0.05g無水トルエンに溶解したRu−IV(0.0022g、0.0025mmol)を入れた。触媒溶液をPENB(5g、25.21mmol)と混合した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。溶液は24時間後に30°Cでゲル化した。
<比較例3>
ガラス瓶に、0.05g無水トルエンに溶解したRu−IV(0.0022g、0.0025mmol)を入れた。触媒溶液をPENB(5g、25.21mmol)と混合した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。反応混合物を100°Cに加熱すると、10分後にゲル化した。
ガラス瓶に、0.05g無水トルエンに溶解したRu−IV(0.0022g、0.0025mmol)を入れた。触媒溶液をPENB(5g、25.21mmol)と混合した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。反応混合物を100°Cに加熱すると、10分後にゲル化した。
<比較例4>
ガラス瓶内で、Ru−II(0.0022g、0.0025mmol)をPENB(5g、25.21mmol)に溶解した。 単量体と触媒の比率は10000:1であった。溶液は室温で自由流動性を保持し、その後100℃で1時間加熱しても溶液は自由流動性であり、これらの条件下でも触媒がまだ不活性であることを示している。
ガラス瓶内で、Ru−II(0.0022g、0.0025mmol)をPENB(5g、25.21mmol)に溶解した。 単量体と触媒の比率は10000:1であった。溶液は室温で自由流動性を保持し、その後100℃で1時間加熱しても溶液は自由流動性であり、これらの条件下でも触媒がまだ不活性であることを示している。
<比較例5>
ガラス瓶内で、Ru−II(0.0022g、0.0025mmol)をPENB(2.5g、12.6mmol)/EuOHNB(2.5g、10.9mmol)の混合物に溶解した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。溶液は室温で自由流動性を保持し、その後100℃で1時間加熱しても溶液は自由流動性であり、これらの条件下でも触媒がまだ不活性であることを示している。
ガラス瓶内で、Ru−II(0.0022g、0.0025mmol)をPENB(2.5g、12.6mmol)/EuOHNB(2.5g、10.9mmol)の混合物に溶解した。単量体と触媒の比率は10000:1であった。溶液は室温で自由流動性を保持し、その後100℃で1時間加熱しても溶液は自由流動性であり、これらの条件下でも触媒がまだ不活性であることを示している。
前記実施例を挙げて本発明について説明したが、本発明は実施例に限定されると解釈してはならず、本明細書で前述した一般的な領域を包括していると見なすべきである。本発明の趣旨から逸脱することなく、各種の改良および実施形態を創出することができる。
Claims (20)
- a)式(I)で示される1種以上の単量体、
mは0、1または2の整数であり、
R1、R2、R3、およびR4は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、ヒドロキシ(C1−C16)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C6)アルキル、パーフルオロ(C6−C10)アリール、パーフルオロ(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、トリ(C1−C6)アルコキシシリル、および式(A)の基からなる群より選択され、
Zは、結合、または(CR5R6)a、O(CR5R6)a、(CR5R6)aO、(CR5R6)a−O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O−(SiR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O(CO)−(CR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)−(CR5R6)bからなる群より選択される基であり、aとbは、同一または異なってもよく、それぞれ独立して、1〜12の整数であり、
R5およびR6は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、およびフェノキシからなる群より選択され、
アリールは、フェニル、または、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、およびフェノキシからなる群より選択された1種以上の基で置換されたフェニルである、
b)ルテニウムおよびオスミウムからなる群より選択された金属を含む潜在的有機遷移金属触媒、
c)光活性酸発生剤、光活性塩基発生剤、熱酸発生剤、熱塩基発生剤、およびそれらの組み合わせからなる群より選択された1種以上の添加物
を含む組成物であって、
式(I)の前記単量体は、少なくとも1.5の屈折率を有し、前記組成物は、室温で透明な液体であることを特徴とする、組成物。 - 式(I)の互いに異なる第1および第2の単量体と、少なくとも1.5の屈折率および100センチポアズ未満の粘度を有する前記第1および第2の単量体の1つとを含み、前記第1の単量体は、前記第2の単量体と完全に混和して、透明な溶液を形成す、請求項1に記載の組成物。
- 50℃から100℃の温度に加熱されたときに実質的に透明な薄膜を形成する、請求項1に記載の組成物。
- 前記薄膜が、可視光の90%以上の透過率を有する、請求項3に記載の組成物。
- 前記薄膜が、可視光の95%以上の透過率を有する、請求項3に記載の組成物。
- 前記潜在的触媒が、式(IIA)の化合物、式(IIB)の化合物、式(IIIA)の化合物、式(IIIB)の化学物、および式(IIIC)の化合物からなる群より選択された有機−ルテニウム化合物であり、
Xは、塩素、臭素、およびヨウ素からなる群より選択されるハロゲンであり、
YはOおよびSからなる群より選択され、
Y’は、OR9SR9および−N=CHC(O)O(C1−C6)アルキルであり、ここで、R9は、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルキル、(C6−C10)アリール、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルコキシ、(C6−C10)アリールオキシ、−OCH(CH3)C(O)N(CH3)(OCH3)からなる群より選択され、
LはPR3またはO=PR3であり、ここでRは、独立して、イソプロピル、sec−ブチル、tert−ブチル、シクロヘキシル、ビシクロ(C5−C10)アルキル、フェニル、ベンジル、イソプロポキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシ、シクロヘキシルオキシ、フェノキシ、およびベンジルオキシからなる群より選択され、
R7は、イソプロピル、sec−ブチル、tert−ブチル、置換もしくは非置換のシクロヘキシル、置換もしくは非置換のフェニル、置換もしくは非置換のビフェニル、および置換もしくは非置換のナフチルからなる群より選択され、
R8は、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルキル、(C6−C10)アリール、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C1−C6)アルコキシ、(C6−C10)アリールオキシ、−NHCO(C1−C6)アルキル、−NHCO−パーフルオロパーフルオロ(C1−C6)アルキル、−SO2N((C1−C6)アルキル)2、および−NO2からなる群より選択され、
Ar1、Ar2、Ar3、およびAr4は、同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のフェニル、置換もしくは非置換のビフェニル、および置換もしくは非置換のナフチルからなる群より選択され、
前記置換基は、メチル、エチル、イソ−プロピル、tert−ブチル、およびフェニルからなる群より選択されることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。 - 1種以上の添加剤が以下からなる群より選択される、請求項1に記載の組成物。
R15は、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール、および置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキルからなる群より選択される。
R15は前記と同様であり、
R16は、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリールおよび置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキルからなる群より選択され、
R17は、独立して、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール、および置換もしくは非置換の(C6−C10)アリール(C3−C16)アルキルからなる群より選択される。 - a)式(I)で示される1種以上の単量体、
mは0、1または2の整数であり、
R1、R2、R3、およびR4は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、ヒドロキシ(C1−C16)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C6)アルキル、パーフルオロ(C6−C10)アリール、パーフルオロ(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、トリ(C1−C6)アルコキシシリル、および式(A)の基からなる群より選択され、
Zは、結合、または(CR5R6)a、O(CR5R6)a、(CR5R6)aO、(CR5R6)a−O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O−(SiR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O(CO)−(CR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)−(CR5R6)bからなる群より選択される基であり、aとbは同一または異なり、それぞれ独立して、1〜12の整数であり、
R5およびR6は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、およびフェノキシからなる群より選択され、
アリールは、フェニル、または、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、およびフェノキシからなる群より選択された1種以上の基で置換されたフェニルである、
b)ルテニウムおよびオスミウムからなる群より選択された金属を含む潜在的有機遷移金属触媒、
c)ナノ粒子を含む分散液を含むことを特徴とする、組成物。 - 前記ナノ粒子が、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウムジルコニウム、および酸化チタンジルコニウムのうちの少なくとも1種を含む、請求項10に記載の組成物。
- 5−ノルボルネニルメチル−オイゲノール、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−イミダゾリジニリデン)ジクロロ−(フェニルメチリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)ルテニウム、および酸化ジルコニウムナノ粒子を含む、請求項10に記載の組成物。
- 実質的に透明な薄膜を形成するためのキットであって、
a)式(I)で示される1種以上の単量体、
mは0、1または2の整数であり、
R1、R2、R3、およびR4は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C16)アルキル、パーフルオロ(C1−C12)アルキル、ヒドロキシ(C1−C16)アルキル、(C3−C12)シクロアルキル、(C6−C12)ビシクロアルキル、(C7−C14)トリシクロアルキル、(C6−C10)アリール、(C6−C10)アリール(C1−C6)アルキル、パーフルオロ(C6−C10)アリール、パーフルオロ(C6−C10)アリール(C1−C3)アルキル、トリ(C1−C6)アルコキシシリル、および式(A)の基からなる群より選択され、
Zは、結合、または(CR5R6)a、O(CR5R6)a、(CR5R6)aO、(CR5R6)a−O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O−(SiR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)O−(CR5R6)b、(CR5R6)a−O(CO)−(CR5R6)b、(CR5R6)a−(CO)−(CR5R6)bからなる群より選択される基であり、aとbは、同一または異なってもよく、それぞれ独立して、1〜12の整数であり、
R5およびR6は同一または異なり、それぞれ独立して、水素、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、およびフェノキシからなる群より選択され、
アリールは、フェニル、または、メチル、エチル、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキル、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、直鎖もしくは分岐の(C3−C6)アルキルオキシ、アセトキシ、(C2−C6)アシル、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、直鎖もしくは分岐のヒドロキシ(C3−C6)アルキル、フェニル、およびフェノキシからなる群より選択された1種以上の基で置換されたフェニルである。
b)ルテニウムおよびオスミウムからなる群より選択された金属を含む潜在的有機遷移金属触媒、
c)光酸発生剤、光塩基発生剤、熱酸発生剤、熱塩基発生剤、およびそれらの組み合わせからなる群より選択された1種以上の添加物を必要に応じて含み、
d)必要に応じて、ナノ粒子を含む分散液を含むことを特徴とする、キット。 - ナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム−ジルコニウム、および酸化チタン−ジルコニウムのうちの少なくとも1種を含む、請求項14に記載のキット。
- 互いに異なる式(I)の少なくとも2種の単量体を含み、一方の単量体が他方の単量体に完全に溶解し、前記組成物が50℃から100℃の温度に十分な時間をかけて加熱されるとき、十分な時間をかけて、少なくとも90%の可視光透過率を有する実質的に透明な薄膜を形成する、請求項14に記載のキット。
- 5−フェネチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(PENB)、5−ノルボルネニルメチル−オイゲノール、1,3−ビス(2,4,6−トリメチルフェニルイミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−(2−オキソベンジリデン)ルテニウム(VI)ヨウ化物、および(4−チオフェニル)フェニル−ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートおよびビス−(トリフェニルスルホニウム)スルフィドビス−ヘキサフルオロホスフェートとの混合物を含む、請求項14に記載のキット。
- 5−フェネチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(PENB)、5−ノルボルネニルメチル−オイゲノール(EuOHNB)、および酸化ジルコニウムナノ粒子を含む、請求項14に記載のキット。
- 請求項1に記載の組成物を含む、薄膜。
- 請求項10に記載の組成物を含む、薄膜。
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