JP2024025155A - 硬化性組成物及びその硬化物、並びにウェハレベルレンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた硬化性(特に、高速硬化性)を有し、耐熱性(特に、リフロー耐熱性)に優れる硬化物を形成できる硬化性組成物、並びに、該硬化性組成物を使用して得られるウェハレベルレンズ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本開示の硬化性組成物は、下記成分(A)、及び成分(B)を含む。成分(A):脂環式エポキシ基を有し、且つエステル結合を有しない化合物成分(B):カチオン部と、ガリウム原子を含むアニオン部とからなるカチオン重合開始剤【選択図】なし

Description

本開示は、硬化性組成物、該硬化性組成物の硬化物、並びに、該硬化性組成物を使用して得られるウェハレベルレンズに関する。
近年、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、モバイルコンピューター等に代表されるモバイル製品に搭載されるモバイルカメラ、車載向けカメラ、光通信レンズを始めとする光学装置は、小型化、軽量化、及び高性能化が飛躍的に進んでいる。そのような技術動向に伴い、これらの光学装置に搭載されるカメラ等に使用されるレンズも小型化、軽量化、及び薄肉化への要望が益々高まっており、そのような要望を満たすものとしてウェハレベルレンズが使用されるようになっている。
また、カメラ等の撮像素子の画素数の高まりに伴い、それに対応することができる解像力を有するレンズが求められており、例えば、2枚以上のレンズが積層された接合レンズが使用されているが、ウェハレベルレンズはそのような用途に好適である。ここで、一般にレンズの屈折率は光の波長によって異なるため、像にズレ(滲みやぼやけ)が生じる現象(色収差)が発生する。この色収差の影響を少なくするため、通常のレンズは高アッベ数のレンズと低アッベ数のレンズとを組み合わせ、色収差を補正する構造となっている。カメラに使用するレンズのガラスは、一般に、アッベ数が50以下のものをフリントガラス、50以上のものをクラウンガラスと称している。
上述のウェハレベルレンズに使用する材料として、硬化性樹脂材料が注目されており、高品質のウェハレベルレンズを効率良く生産するためには、硬化性(特に、2~3分程度の加熱で速やかに硬化する高速硬化性)、耐熱性(特に、リフロー工程において加熱処理された際にも変色が生じにくい耐熱性)、成型性(例えば、低収縮率、低線膨張率など)等に優れる硬化物を形成できる硬化性樹脂材料が求められている。
例えば、硬化性が低い場合には成型工程に長時間を要するため生産性が悪化する。また、ウェハレベルレンズを含むカメラモジュールは、はんだ付けにより電極を配線基板に接合するためのリフロー工程を経るのが一般的である。近年、接合材としてのはんだとして、融点の高い無鉛はんだが使用されるようになってきており、リフロー工程での加熱処理がより高温(例えば、ピーク温度が240~260℃)になってきている。このような状況下、従来のカメラモジュールにおいては、リフロー工程での加熱処理によりウェハレベルレンズに黄変などの着色が生じ、透明性が低下する問題が生じていた。従って、光学製品に用いるウェハレベルレンズは優れた耐熱性、特に、リフロー工程において加熱処理された際にも変色が生じにくい耐熱性(以下、「リフロー耐熱性」と称する場合がある)も求められている。
さらには、硬化物の収縮率、線膨張率が高い硬化性樹脂材料では、レンズ形状の精度が悪化し、ウェハレベルレンズの品質や生産性に悪影響が及ぶ。
レンズ用樹脂材料としては、シクロオレフィンポリマーやポリカーボネート等の熱可塑性樹脂を使用することが知られているが(例えば、特許文献1)、熱可塑性樹脂は耐熱性の点で劣るため、リフローなどの高温における実装プロセスや高温での使用環境で耐熱性が求められる用途においては使用不可能であった。
耐熱性の問題を解決する方法としては、イソシアヌル環を主骨格とする構造を有するエポキシ化合物を使用する方法が挙げられる(例えば、特許文献2)。しかし、イソシアヌル環を含むエポキシ樹脂組成物は硬化性の点で劣るため、2~3分程度の加熱で速やかに硬化することが求められるウェハレベルレンズの材料として使用することは困難であった。また、得られる硬化物は高温環境下に長期間曝すと黄変し易く、透明性を維持することが困難であった。
高い硬化性と優れた透明性を両立するエポキシ樹脂組成物において、アンチモン系酸発生剤が多く用いられている(例えば、特許文献3、4)。しかしながら、アンチモン化合物は、ジョイント・インダストリー・ガイドライン(JIG)において、閾値レベルが1,000ppmの管理対象物質に指定されていることから、非アンチモン系酸発生剤の使用が必須となるが、非アンチモン系酸発生剤では、硬化性が劣ったり、耐熱性に乏しく黄変などの問題があった。
透明性、耐熱性に優れる酸発生剤として、アニオン成分として六フッ化リンなどを含むリン系酸発生剤が使用されているが(例えば、特許文献5)、硬化性に劣る問題がある。硬化性が高い非アンチモン系酸発生剤として特殊リン系またはボレート系酸発生剤が挙げられるが、黄変しやすいなどの課題があった。
特開平9-263627号公報 特開2000-344867号公報 特開2008-274262号公報 特開2009-132834号公報 特開2009-286928号公報
上記のように、いずれの先行技術文献においても、高い硬化性及び硬化物の優れた耐熱性を実現する手段は開示されておらず、高品質のウェハレベルレンズを効率良く得る手段については記載がない。
従って、本開示の目的は、優れた硬化性(特に、高速硬化性)を有し、なおかつ耐熱性(特に、リフロー耐熱性)に優れた硬化物を形成できる硬化性組成物を提供することにある。
また、本開示の他の目的は、生産性に優れ、耐熱性に優れた硬化物を提供することにある。
さらに、本開示の他の目的は、生産性に優れ、耐熱性に優れるウェハレベルレンズ及びその製造方法を提供することにある。
本開示の発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の硬化性成分(カチオン重合性化合物)と、特定のカチオン重合開始剤とを必須成分として含む硬化性組成物が、速やかに硬化して、優れた耐熱性を有する硬化物を形成することができ、ウェハレベルレンズを製造するための硬化性組成物として好適であることを見出した。本開示の発明はこれらの知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本開示は、下記成分(A)、及び成分(B)を含む硬化性組成物を提供する。
成分(A):脂環式エポキシ基を有し、且つエステル結合を有しない化合物
成分(B):カチオン部と、ガリウム原子を含むアニオン部とからなるカチオン重合開始剤
本開示の硬化性組成物において、成分(A)における脂環式エポキシ基を有し、且つエステル結合を有しない化合物は、下記式(a-1)で表される化合物であってもよい。
Figure 2024025155000001
[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(エステル結合を含む連結基を除く)を示す。]
本開示の硬化性組成物において、成分(B)のアニオン部は、下記式(1)
Figure 2024025155000002
[式(1)中、Rは1価の炭化水素基又は1価のフッ化炭化水素基を示す。nは1~4の整数を示す。]
で表されるアニオンであってもよい。
本開示の硬化性組成物において、成分(B)のアニオン部は、下記式(2)
Figure 2024025155000003
[式(2)中、X1~X4は、同一又は異なって、0~5の整数を示し、X1~X4の全ての合計は1以上である。]
で表されるアニオンであってもよい。
本開示の硬化性組成物は、さらに、下記成分(C)を含有していてもよい。
成分(C):分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン化合物
本開示の硬化性組成物において、成分(C)における分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン化合物が有するエポキシ基の少なくとも1つが脂環エポキシ基であってもよい。
本開示の硬化性組成物は、さらに、下記成分(D)を含有していてもよい。
成分(D):水素化グリシジルエーテル系エポキシ化合物
本開示の硬化性組成物は、ウェハレベルレンズ用硬化性組成物であってもよい。
また、本開示は、前記硬化性組成物の硬化物を提供する。
また、本開示は、前記硬化性組成物の硬化物を含むウェハレベルレンズを提供する。
また、本開示は、前記ウェハレベルレンズを搭載した光学装置を提供する。
また、本開示は、複数枚のウェハレベルレンズの積層体であって、該積層体を構成するウェハレベルレンズとして、前記ウェハレベルレンズを少なくとも有する積層ウェハレベルレンズを提供する。
また、本開示は、前記積層ウェハレベルレンズを搭載した光学装置を提供する。
また、本開示は、前記硬化性組成物をキャスティング成型法又は射出成型法に付すことを含むウェハレベルレンズの製造方法を提供する。
本開示のウェハレベルレンズの製造方法において、前記キャスティング成型法は、下記工程をいずれも含んでいてもよい。
工程1a:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
工程2a:前記硬化性組成物を前記ウェハレベルレンズ成型用型に接触させる工程
工程3a:前記硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させる工程
本開示のウェハレベルレンズの製造方法において、前記キャスティング成型法は、さらに下記工程を含んでいてもよい。
工程4a:硬化した硬化性組成物をアニール処理する工程
本開示のウェハレベルレンズの製造方法において、前記キャスティング成型法は、さらに下記工程を含んでいてもよい。
工程5a:硬化した硬化性組成物を切断する工程
本開示のウェハレベルレンズの製造方法において、前記射出成型法は、下記工程をいずれも含んでいてもよい。
工程1b:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
工程2b:前記硬化性組成物を前記ウェハレベルレンズ成型用型に射出する工程
工程3b:前記硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させる工程
本開示のウェハレベルレンズの製造方法において、前記射出成型法は、さらに下記工程を含んでいてもよい。
工程4b:硬化した硬化性組成物をアニール処理する工程
また、本開示は、下記工程をいずれも含む積層ウェハレベルレンズの製造方法を提供する。
工程1c:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
工程2c:前記硬化性組成物を前記ウェハレベルレンズ成型用型に接触させる工程
工程3c:前記硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させてウェハレベルレンズシートを得る工程
工程4c:前記ウェハレベルレンズシートを含む複数枚のウェハレベルレンズシートを積層してウェハレベルレンズシート積層体を得る工程
工程5c:前記ウェハレベルレンズシート積層体を切断する工程
本開示の積層ウェハレベルレンズの製造方法は、さらに、工程3cと工程4cの間に、下記工程を含していてもよい。
工程6c:前記ウェハレベルレンズシートをアニール処理する工程
本開示の硬化性組成物は上記構成を有するため、優れた硬化性を有し、なおかつ耐熱性に優れた硬化物を形成することができる。上記硬化物は、耐熱性、透明性等に優れるため、ウェハレベルレンズを形成するための材料(ウェハレベルレンズ用硬化性組成物)として好ましく使用することができる。このため、本開示の硬化性組成物によると、ウェハレベルレンズを搭載した光学製品の小型化、軽量化、及び高性能化に大きく寄与することができる。
なお、本明細書において「ウェハレベルレンズ」とは、携帯電話等に使用されるカメラをウェハレベルで製造する際に使用されるレンズであり、そのサイズは、例えば、直径が1~10mm程度、好ましくは3~5mm程度である。また、その厚みは、例えば、100~1500μm程度、好ましくは500~800μm程度である。
<硬化性組成物>
本開示の硬化性組成物は、上述のように、下記成分(A)、及び成分(B)を必須の成分として含む。
成分(A):脂環式エポキシ基を有し、且つエステル結合を有しない化合物
成分(B):カチオン部と、ガリウム原子を含むアニオン部とからなるカチオン重合開始剤
本開示の硬化性組成物は、上記以外の成分、例えば、後述の成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)などの硬化性成分(カチオン重合性化合物)、その他の添加剤を含んでいてもよい。
[成分(A)]
本開示の成分(A)は硬化性組成物に含まれる硬化性成分(カチオン重合性化合物)の一つであり、一分子内に脂環式エポキシ基を1個以上有し、且つエステル結合を有しない化合物(以後、「脂環式エポキシ化合物」と称する場合がある)である。尚、本明細書において「脂環式エポキシ基」とは、脂環を構成する隣り合う2つの炭素原子が1つの酸素原子と共に環を形成してなる基である。前記脂環式エポキシ化合物は硬化性に優れる。
上記脂環式エポキシ基としては、例えば、シクロヘキサン環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基等を挙げることができる。
上記脂環式エポキシ化合物は、脂環式エポキシ基を一分子内に1個以上(例えば1~6個)有していればよく、なかでも2~5個、特に2個有していることが好ましい。
上記脂環式エポキシ化合物としては、例えば、下記式(a-1)で表される化合物を挙げることができる。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(エステル結合を含む連結基を除く)を示す。
Figure 2024025155000004
1~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。
1~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(アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等)、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。
上記アルキル基としては、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)等を挙げることができる。上記アルケニル基としては、例えば、ビニル、アリル、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)等を挙げることができる。上記アルキニル基としては、例えば、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。
また、上述の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、及び芳香族炭化水素基から選択される基が2以上結合した基における、脂肪族炭化水素基と脂環式炭化水素基とが結合した基としては、例えば、シクロへキシルメチル基等のC3-12シクロアルキル-C1-20アルキル基;メチルシクロヘキシル基等のC1-20アルキル-C3-12シクロアルキル基等を挙げることができる。脂肪族炭化水素基と芳香族炭化水素基とが結合した基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基等のC7-18アラルキル基(特に、C7-10アラルキル基);シンナミル基等のC6-14アリール-C2-20アルケニル基;トリル基等のC1-20アルキル置換C6-14アリール基;スチリル基等のC2-20アルケニル置換C6-14アリール基等を挙げることができる。
1~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;これらの2以上がC1-10アルキレン基等を介して、又は介することなく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。
1~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。
前記アルコキシ基が有していてもよい置換基としては、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C1-10アルキレン基等を介して、又は介することなく結合した基等を挙げることができる。
1~R18としては、なかでも水素原子が好ましい。
上記式(a-1)におけるXは、単結合又は連結基(1以上の原子を有する2価の基)を示す。但し、上記連結基からは、エステル結合を含む基が除かれる。上記連結基としては、例えば、2価の炭化水素基、カルボニル基、エーテル結合、アミド基、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;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2価のC3-12シクロアルキレン基、及び2価のC3-12シクロアルキリデン基等を挙げることができる。
上記式(a-1)で表される化合物としては、なかでも、立体障害が小さく、光照射により速やかに硬化反応を進行させることができる点で、3,4,3’,4’-ジエポキシビシクロヘキシルが好ましい。
上記脂環式エポキシ化合物としては、その他、例えば、下記式(a-2)で表される化合物、下記式(a-3)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 2024025155000005
Figure 2024025155000006
上記式(a-2)におけるR19~R30は、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。なお、R19~R30は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。上記R19~R30の具体例としては、式(a-1)におけるR1~R18と同様のものが例示される。なかでもR19~R30としては、水素原子が好ましく、特にR19~R30の全てが水素原子であることが好ましい。
上記式(a-3)におけるR31~R42は、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。なお、R31~R42は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。上記R31~R42の具体例としては、式(a-1)におけるR1~R18と同様のものが例示される。なかでもR31~R42としては、水素原子が好ましく、特にR31~R42の全てが水素原子であることが好ましい。
なかでも、上記脂環式エポキシ化合物としては、式(a-1)で表される化合物が好ましい。
上記脂環式エポキシ化合物は、例えば、対応するオレフィン化合物(脂環式エポキシ化合物が有する脂環式エポキシ基と同数の炭素-炭素不飽和二重結合を有するオレフィン化合物)の炭素-炭素不飽和二重結合をエポキシ化することによって製造することができる。エポキシ化反応は、公知乃至慣用の方法により実施することができる。上記脂環式エポキシ化合物としては、市販の脂環式エポキシ化合物を使用してもよい。
例えば、上記式(a-1)で表される化合物は、式(a-1’)で表されるオレフィンをエポキシ化することによって製造することができる。なお、式(a-1’)におけるR1~R18、Xは、式(a-1)におけるR1~R18、Xと同じである。
Figure 2024025155000007
また、上記式(a-2)で表される化合物は、例えば、式(a-2’)で表されるオレフィン(シクロオクタジエン骨格を有する不飽和化合物)を酸化(エポキシ化)することによって製造することができる。なお、式(a-2’)におけるR19~R30は、式(a-2)におけるものと同じである。
Figure 2024025155000008
また、上記式(a-3)で表される化合物は、例えば、式(a-3’)で表されるオレフィン(テトラヒドロインデン骨格を有する不飽和化合物)を酸化(エポキシ化)することによって製造することができる。なお、式(a-3’)におけるR31~R42は、式(a-3)におけるものと同じである。
Figure 2024025155000009
エポキシ化反応に使用されるエポキシ化剤としては、公知乃至慣用の酸化剤(例えば、有機過カルボン酸類、ハイドロパーオキサイド類等)を使用することができる。前記有機過カルボン酸類としては、例えば、過ギ酸、過酢酸、過プロピオン酸、過安息香酸、トリフルオロ過酢酸、過フタル酸等を挙げることができる。前記ハイドロパーオキサイド類としては、例えば、過酸化水素、ターシャリーブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等を挙げることができる。
成分(A)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。成分(A)としては、硬化性組成物の硬化性、硬化物の耐熱性、低収縮性、低線膨張性の観点で、上記式(a-1)で表される化合物が好ましく、中でも、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、2,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)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、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、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルが好ましく、特に、硬化性組成物の硬化性(特に、高速硬化性)、硬化物の耐熱性(特に、耐リフロー耐熱性)の観点で、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、2,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロパンを必須成分とすることが好ましい。
本開示の硬化性組成物における成分(A)の含有量(配合量)は、特に限定されないが、本開示の硬化性組成物(100重量%)に対して、5~70重量%が好ましく、5~60重量%がより好ましく、さらに好ましくは10~55重量%、特に好ましくは15~50重量%である。成分(A)の含有量が上記範囲を外れると、硬化物の耐熱性と機械強度について、高いレベルでバランスをとることが困難となる場合がある。
特に、成分(A)の含有量(配合量)は、特に限定されないが、本開示の硬化性組成物に含まれる硬化性成分(カチオン重合性化合物)の全量(100重量%)に対して、10~70重量%が好ましく、10~60重量%がより好ましく、10~50重量%がさらに好ましく、特に好ましくは15~45重量%である。成分(A)の含有量が10重量%未満であると、使用態様によっては、硬化性組成物の硬化性、硬化物の耐熱性(特に、リフロー耐熱性)、低収縮性、低線膨張性が不十分となる場合がある。一方、成分(A)の含有量が50重量%を超えると、硬化物の機械強度が不十分となる場合がある。
[成分(B)]
本開示の成分(B)であるカチオン重合開始剤は、加熱又は光の照射によってカチオン種を発生して、硬化性組成物に含まれる成分(A)、後述の成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)などを含むカチオン重合性化合物のカチオン重合性基(エポキシ基、オキセタニル基、ビニルエーテル基など)の硬化反応を開始させる化合物であり、カチオン部と、ガリウム原子(ガリウム元素)を含むアニオン部とからなるカチオン重合開始剤である。
成分(B)のカチオン重合開始剤としては、光照射(特に、紫外線照射)を施すことによりカチオン種を発生して、重合を開始させる光カチオン重合開始剤(光酸発生剤)、及び、加熱処理を施すことによりカチオン種を発生して、重合を開始させる熱カチオン重合開始剤(熱酸発生剤)が挙げられる。
上記カチオン重合開始剤のカチオン部としては、公知乃至慣用のカチオン重合開始剤が有するカチオンが挙げられ、特に限定されないが、例えば、オキソニウムイオン、スルホニウムイオン、ヨードニウムイオン、セレニウムイオン、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、遷移金属錯体イオン等が挙げられる。
上記オキソニウムイオンとしては、例えば、トリメチルオキソニウム、ジエチルメチルオキソニウム、トリエチルオキソニウム、テトラメチレンメチルオキソニウムなどのオキソニウム;4-メチルピリリニウム、2,4,6-トリメチルピリリニウム、2,6-ジ-tert-ブチルピリリニウム、2,6-ジフェニルピリリニウムなどのピリリニウム;2,4-ジメチルクロメニウム、1,3-ジメチルイソクロメニウムなどのクロメニウムおよびイソクロメニウムが挙げられる。
上記スルホニウムイオンとしては、例えば、トリフェニルスルホニウム、トリ-p-トリルスルホニウム、トリ-o-トリルスルホニウム、トリス(4-メトキシフェニル)スルホニウム、1-ナフチルジフェニルスルホニウム、2-ナフチルジフェニルスルホニウム、トリス(4-フルオロフェニル)スルホニウム、トリ-1-ナフチルスルホニウム、トリ-2-ナフチルスルホニウム、トリス(4-ヒドロキシフェニル)スルホニウム、ジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウム、4-(p-トリルチオ)フェニルジ-p-トリルスルホニウム、4-(4-メトキシフェニルチオ)フェニルビス(4-メトキシフェニル)スルホニウム、4-(フェニルチオ)フェニルビス(4-フルオロフェニル)スルホニウム、4-(フェニルチオ)フェニルビス(4-メトキシフェニル)スルホニウム、4-(フェニルチオ)フェニルジ-p-トリルスルホニウム、[1,1’-ビフェニル]-4-イル[4-(1,1’-ビフェニル)-4-イルチオフェニル]フェニルスルホニウム、[4-(2-チオキサントニルチオ)フェニル]ジフェニルスルホニウム、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィド、ビス〔4-{ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]スルホニオ}フェニル〕スルフィド、ビス{4-[ビス(4-フルオロフェニル)スルホニオ]フェニル}スルフィド、ビス{4-[ビス(4-メチルフェニル)スルホニオ]フェニル}スルフィド、ビス{4-[ビス(4-メトキシフェニル)スルホニオ]フェニル}スルフィド、4-(4-ベンゾイル-2-クロロフェニルチオ)フェニルビス(4-フルオロフェニル)スルホニウム、4-(4-ベンゾイル-2-クロロフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム、4-(4-ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4-フルオロフェニル)スルホニウム、4-(4-ベンゾイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム、7-イソプロピル-9-オキソ-10-チア-9,10-ジヒドロアントラセン-2-イルジ-p-トリルスルホニウム、7-イソプロピル-9-オキソ-10-チア-9,10-ジヒドロアントラセン-2-イルジフェニルスルホニウム、2-[(ジ-p-トリル)スルホニオ]チオキサントン、2-[(ジフェニル)スルホニオ]チオキサントン、4-(9-オキソ-9H-チオキサンテン-2-イル)チオフェニル-9-オキソ-9H-チオキサンテン-2-イル フェニルスルホニウム、4-[4-(4-tert-ブチルベンゾイル)フェニルチオ]フェニルジ-p-トリルスルホニウム、4-[4-(4-tert-ブチルベンゾイル)フェニルチオ]フェニルジフェニルスルホニウム、4-[4-(ベンゾイルフェニルチオ)]フェニルジ-p-トリルスルホニウム、4-[4-(ベンゾイルフェニルチオ)]フェニルジフェニルスルホニウム、5-(4-メトキシフェニル)チアアンスレニウム、5-フェニルチアアンスレニウム、5-トリルチアアンスレニウム、5-(4-エトキシフェニル)チアアンスレニウム、5-(2,4,6-トリメチルフェニル)チアアンスレニウムなどのトリアリールスルホニウム;ジフェニルフェナシルスルホニウム、ジフェニル4-ニトロフェナシルスルホニウム、ジフェニルベンジルスルホニウム、ジフェニルメチルスルホニウムなどのジアリールスルホニウム;フェニルメチルベンジルスルホニウム、4-ヒドロキシフェニルメチルベンジルスルホニウム、4-メトキシフェニルメチルベンジルスルホニウム、4-アセトカルボニルオキシフェニルメチルベンジルスルホニウム、4-ヒドロキシフェニル(2-ナフチルメチル)メチルスルホニウム、2-ナフチルメチルベンジルスルホニウム、2-ナフチルメチル(1-エトキシカルボニル)エチルスルホニウム、フェニルメチルフェナシルスルホニウム、4-ヒドロキシフェニルメチルフェナシルスルホニウム、4-メトキシフェニルメチルフェナシルスルホニウム、4-アセトカルボニルオキシフェニルメチルフェナシルスルホニウム、2-ナフチルメチルフェナシルスルホニウム、2-ナフチルオクタデシルフェナシルスルホニウム、9-アントラセニルメチルフェナシルスルホニウムなどのモノアリールスルホニウム;ジメチルフェナシルスルホニウム、フェナシルテトラヒドロチオフェニウム、ジメチルベンジルスルホニウム、ベンジルテトラヒドロチオフェニウム、オクタデシルメチルフェナシルスルホニウムなどのトリアルキルスルホニウム等が挙げられる。
上記ヨードニウムイオンとしては、例えば、フェニルヨードニウム、ジ-p-トリルヨードニウム、ビス(4-ドデシルフェニル)ヨードニウム、ビス(4-メトキシフェニル)ヨードニウム、(4-オクチルオキシフェニル)フェニルヨードニウム、ビス(4-デシルオキシ)フェニルヨードニウム、4-(2-ヒドロキシテトラデシルオキシ)フェニルフェニルヨードニウム、4-イソプロピルフェニル(p-トリル)ヨードニウムおよび4-イソブチルフェニル(p-トリル)ヨードニウム等が挙げられる。
上記セレニウムイオンとしては、例えば、トリフェニルセレニウム、トリ-p-トリルセレニウム、トリ-o-トリルセレニウム、トリス(4-メトキシフェニル)セレニウム、1-ナフチルジフェニルセレニウム等のトリアリールセレニウム;ジフェニルフェナシルセレニウム、ジフェニルベンジルセレニウム、ジフェニルメチルセレニウム等のジアリールセレニウム;フェニルメチルベンジルセレニウム等のモノアリールセレニウム;ジメチルフェナシルセレニウム等のトリアルキルセレニウム等が挙げられる。
上記アンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウム、エチルトリメチルアンモニウム、ジエチルジメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウムなどのテトラアルキルアンモニウム;N,N-ジメチルピロリジニウム、N-エチル-N-メチルピロリジニウム、N,N-ジエチルピロリジニウムなどのピロリジニウム;N,N’-ジメチルイミダゾリニウム、N,N’-ジエチルイミダゾリニウム、N-エチル-N’-メチルイミダゾリニウム、1,3,4-トリメチルイミダゾリニウム、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウムなどのイミダゾリニウム;N,N’-ジメチルテトラヒドロピリミジニウムなどのテトラヒドロピリミジニウム;N,N’-ジメチルモルホリニウムなどのモルホリニウム;N,N’-ジエチルピペリジニウムなどのピペリジニウム;N-メチルピリジニウム、N-ベンジルピリジニウム、N-フェナシルピリジウムなどのピリジニウム;N,N’-ジメチルイミダゾリウム、などのイミダゾリウム;N-メチルキノリウム、N-ベンジルキノリウム、N-フェナシルキノリウムなどのキノリウム;N-メチルイソキノリウムなどのイソキノリウム;ベンジルベンゾチアゾニウム、フェナシルベンゾチアゾニウムなどのチアゾニウム;ベンジルアクリジウム、フェナシルアクリジウムなどのアクリジウム等が挙げられる。
上記ホスホニウムイオンとしては、例えば、テトラフェニルホスホニウム、テトラ-p-トリルホスホニウム、テトラキス(2-メトキシフェニル)ホスホニウム、テトラキス(3-メトキシフェニル)ホスホニウム、テトラキス(4-メトキシフェニル)ホスホニウムなどのテトラアリールホスホニウム;トリフェニルベンジルホスホニウム、トリフェニルフェナシルホスホニウム、トリフェニルメチルホスホニウム、トリフェニルブチルホスホニウムなどのトリアリールホスホニウム;トリエチルベンジルホスホニウム、トリブチルベンジルホスホニウム、テトラエチルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、テトラヘキシルホスホニウム、トリエチルフェナシルホスホニウム、トリブチルフェナシルホスホニウムなどのテトラアルキルホスホニウム等が挙げられる。
上記遷移金属錯体イオンとしては、例えば、(η5-シクロペンタジエニル)(η6-トルエン)Cr+、(η5-シクロペンタジエニル)(η6-キシレン)Cr+等のクロム錯体カチオン;(η5-シクロペンタジエニル)(η6-トルエン)Fe+、(η5-シクロペンタジエニル)(η6-キシレン)Fe+等の鉄錯体カチオン等が挙げられる。
成分(B)であるカチオン重合開始剤のアニオン部としては、ガリウム原子を含むアニオンであればよい。成分(B)として、ガリウム原子を含むアニオン部を有するカチオン重合開始剤を使用することにより、ジョイント・インダストリー・ガイドライン(JIG)において、閾値レベルが1,000ppmの管理対象物質に指定されているアンチモンを含むカチオン重合開始剤を使用することなく、硬化性組成物の硬化性(特に、高速硬化性)、並びに硬化物の耐熱性(特に、リフロー耐熱性)を両立することができる。また、未硬化成分が少なくなり、カチオン重合開始剤による樹脂分解が少なくなることから、高温試験における重量減少率を改善することができる。また、耐熱性に優れるだけではなく、離型性も改善することができる。
ガリウム原子を含むアニオンとしては、例えば、GaF4 -、下記式(1)で表されるアニオン等が挙げられる。
Figure 2024025155000010
上記式(1)中、Rは、1価の炭化水素基又は1価のフッ化炭化水素基を示す。1価の炭化水素基としては、例えば、脂肪族炭化水素基[例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等];脂環式炭化水素基[例えば、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、橋かけ環式炭化水素基等];芳香族炭化水素基[例えば、フェニル基、ナフチル基等のアリール基等];脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、及び芳香族炭化水素基の2種以上が連結して形成された1価の炭化水素基[例えば、シクロアルキル-アルキル基、アラルキル基、アルキル置換アリール基(トリル基等)等]が挙げられる。1価のフッ化炭化水素基としては、上述の1価の炭化水素基における一部又は全部の水素原子がフッ素原子で置換された基が挙げられ、具体的には、例えば、フッ化アルキル基、フッ化アリール基、フッ化アルキル基置換アリール基等が挙げられる。なお、nが2以上の整数である場合、複数のRは同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記式(1)中、nは、1~4の整数を示す。中でも、nとしては、2~4の整数が好ましく、より好ましくは3又は4である。
上記アニオン部としては、より具体的には、例えば、GaF4 -、[Ga(C654-、[(C65)Ga(C653-、[(C65)Ga(C63(CF323-[=フェニルトリス(トリフルオロメチル)フェニルガレート]等が挙げられる。
中でも、上記アニオン部としては、ガリウム原子とともにフッ素原子を含むアニオン[具体的には、例えば、上述のGaF4 -、Rの少なくとも1つ(好ましくは2~4つ、より好ましくは3又は4つ)が1価のフッ化炭化水素基である式(1)で表される化合物等]が好ましく、より好ましくは下記式(2)で表されるアニオンである。
Figure 2024025155000011
[式(2)中、X1~X4(X1、X2,X3、及びX4)は、同一又は異なって、0~5の整数を示し、全て(X1~X4)の合計が1以上である。]
上記アニオン部としては、特に、式(2)で表されるアニオンが好ましく、より好ましくは[Ga(C654-[=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ガレート]である。
成分(B)であるカチオン重合開始剤としては、具体的には、例えば、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)ガレート、[1,1’-ビフェニル]-4-イル[4-(1,1’-ビフェニル)-4-イルチオフェニル]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)ガレート、ベンジルメチルp-ヒドロキシ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)ガレート等を好ましく使用できる。
なお、成分(B)としてのカチオン重合開始剤は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。成分(B)であるカチオン重合開始剤は、公知乃至慣用の方法(例えば、特開2017-048325に記載の方法)により製造できる。また、成分(B)は、市販品を使用することもできる。
成分(B)の含有量としては、本開示の硬化性組成物に含まれる硬化性成分(成分(A)、後述の成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)などを含むカチオン重合性化合物)の全量100重量部に対して、例えば0.01~10重量部程度であり、下限値は、好ましくは0.03重量部以上、より好ましくは0.05重量部以上、さらに好ましくは0.07重量部以上、特に好ましくは0.1重量部以上であり、上限値は、好ましくは7重量部以下、より好ましくは5重量部以下、さらに好ましくは3重量部以下、特に好ましくは1重量部以下である。成分(B)の含有量が上記範囲を下回ると、硬化性が低下する傾向がある。一方、成分(B)の含有量が上記範囲を上回ると、組成物の保存安定性が低下する傾向がある。
本開示の硬化性組成物は、成分(A)以外のカチオン硬化性化合物を含んでいてもよい。上記成分(A)以外のカチオン硬化性化合物としては、特に限定されないが、例えば、以下の成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)などが挙げられる。
成分(C):分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン化合物
成分(D):水素化グリシジルエーテル系エポキシ化合物
成分(E):脂環式エポキシ基及びエステル結合を有する化合物
成分(F):オキセタン化合物
成分(G):芳香族グリシジルエーテル系エポキシ化合物
上記成分(A)以外のカチオン硬化性化合物を含有することにより、硬化性組成物の粘度が制御され取り扱い性が向上したり、硬化物を形成する際の硬化収縮が抑制される場合がある。なお、本開示の硬化性組成物において上記成分(A)以外のカチオン硬化性化合物は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
[成分(C)]
成分(C)は、分子内に2以上のエポキシ基を有し、さらに、シロキサン結合(Si-O-Si)により構成されたシロキサン骨格を少なくとも有する化合物である。本開示の硬化性組成物が成分(C)を含む場合、硬化物の耐熱性と機械強度について、高いレベルでバランスをとることができる。
成分(C)におけるシロキサン骨格は、特に限定されないが、例えば、環状シロキサン骨格;直鎖又は分岐鎖状のシリコーン(直鎖状又は分岐鎖状ポリシロキサン)や、かご型やラダー型のポリシルセスキオキサン等のポリシロキサン骨格等が挙げられる。中でも、上記シロキサン骨格としては、硬化性組成物の硬化性、硬化物の耐熱性及び機械強度の観点で、環状シロキサン骨格が好ましい。即ち、成分(C)としては、分子内に2以上のエポキシ基を有する環状シロキサンが好ましい。
成分(C)が2以上のエポキシ基を有する環状シロキサンである場合、シロキサン環を形成するSi-O単位の数(シロキサン環を形成するケイ素原子の数に等しい)は、特に限定されないが、硬化性組成物の硬化性、硬化物の耐熱性及び機械強度の観点で、2~12が好ましく、より好ましくは4~8である。
成分(C)が分子内に有するエポキシ基の数は、2個以上であれば特に限定されないが、硬化性組成物の硬化性、硬化物の耐熱性及び機械強度の観点で、2~4個が好ましく、より好ましくは3~4個である。
成分(C)のエポキシ当量(JIS K7236に準拠)は、特に限定されないが、硬化性組成物の硬化性、硬化物の耐熱性及び機械強度の観点で、180~400が好ましく、より好ましくは240~400、さらに好ましくは240~350である。
成分(C)におけるエポキシ基は、特に限定されないが、硬化性組成物の硬化性の観点で、エポキシ基の少なくとも1つ(好ましくは2つ以上、より好ましくは全部)が脂肪族環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基(脂環式エポキシ基)であることが好ましく、中でも、エポキシ基の少なくとも1つ(好ましくは2つ以上、より好ましくは全部)がシクロヘキセンオキシド基(シクロヘキサン環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基)であることが特に好ましい。
また、成分(C)におけるエポキシ基は、硬化物に、長期に亘って高温環境下に曝した場合の黄変防止性(耐熱透明性)を付与する観点から、エポキシ基の少なくとも1つ(好ましくは2つ以上、より好ましくは全部)が、グリシジル基であることも好ましい。
成分(C)としては、例えば、下記式(3)で表される化合物(環状シロキサン)が挙げられる。
Figure 2024025155000012
上記式(3)中、Ra、Rbは、エポキシ基を含有する一価の基又はアルキル基を示す。但し、式(3)で表される化合物におけるRa及びRbのうち、少なくとも2個は、エポキシ基を含有する一価の基である。上記エポキシ基を含有する一価の基としては、特に限定されないが、例えば、脂環式エポキシ基を含有する一価の基、グリシジル基を含有する一価の基が挙げられる。また、式(3)中のqは、3以上の整数(好ましくは3~6の整数)を示す。なお、式(3)で表される化合物におけるRa、Rbは同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、複数のRaは同一であってもよいし、異なっていてもよく、複数のR2も同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記脂環式エポキシ基を含有する一価の基としては、特に限定されないが、例えば、-A-Rcで表される基[Aはアルキレン基を示し、Rcは脂環式エポキシ基を示す。]が挙げられる。上記A(アルキレン基)としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基等の炭素数が1~18の直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基等が挙げられる。上記Rcとしては、例えば、シクロヘキセンオキシド基等が挙げられる。
上記グリシジル基を含有する一価の基としては、-B-O-Rdで表されるグリシジルエーテル基[Bはアルキレン基を示し、Rdはグリシジル基を示す]が好ましい。上記B(アルキレン基)としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、ジメチレン基、トリメチレン基等の炭素数が1~18の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基等を挙げることができる。
上記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等の炭素数1~18(好ましくは炭素数1~6、特に好ましくは炭素数1~3)の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を挙げることができる。
式(3)中のqは3以上の整数を示し、なかでも、硬化性組成物の硬化性、及び硬化物の耐熱性及び機械強度に優れる点で3~6の整数が好ましい。
成分(C)としては、より具体的には、例えば、1,3‐ビス(3,4‐エポキシシクロヘキシル)エチル‐1,1,3,3‐テトラメチルジシロキサン、2,4-ジ[2-(3-{オキサビシクロ[4.1.0]ヘプチル})エチル]-2,4,6,6,8,8-ヘキサメチル-シクロテトラシロキサン、4,8-ジ[2-(3-{オキサビシクロ[4.1.0]ヘプチル})エチル]-2,2,4,6,6,8-ヘキサメチル-シクロテトラシロキサン、2,4-ジ[2-(3-{オキサビシクロ[4.1.0]ヘプチル})エチル]-6,8-ジプロピル-2,4,6,8-テトラメチル-シクロテトラシロキサン、4,8-ジ[2-(3-{オキサビシクロ[4.1.0]ヘプチル})エチル]-2,6-ジプロピル-2,4,6,8-テトラメチル-シクロテトラシロキサン、2,4,8-トリ[2-(3-{オキサビシクロ[4.1.0]ヘプチル})エチル]-2,4,6,6,8-ペンタメチル-シクロテトラシロキサン、2,4,8-トリ[2-(3-{オキサビシクロ[4.1.0]ヘプチル})エチル]-6-プロピル-2,4,6,8-テトラメチル-シクロテトラシロキサン、2,4,6,8-テトラ[2-(3-{オキサビシクロ[4.1.0]ヘプチル})エチル]-2,4,6,8-テトラメチル-シクロテトラシロキサン、エポキシ基を有するシルセスキオキサン等が挙げられる。より具体的には、例えば、下記式で表される分子内に2以上の脂環式エポキシ基を有する環状シロキサン等が挙げられる。
Figure 2024025155000013
また、成分(C)としては、具体的には、下記式で表される、分子内に2以上のグリシジル基を有する環状シロキサン等も挙げることができる。
Figure 2024025155000014
また、成分(C)としては、例えば、特開2008-248169号公報に記載の脂環式エポキシ基含有シリコーン樹脂や、特開2008-19422号公報に記載の1分子中に少なくとも2個のエポキシ官能性基を有するオルガノポリシルセスキオキサン樹脂等を用いることもできる。
なお、本開示の硬化性組成物において、成分(C)は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。成分(C)としては、例えば、商品名「X-40-2678」(信越化学工業(株)製)、商品名「X-40-2720」(信越化学工業(株)製)、商品名「RK-470」(信越化学工業(株)製)、商品名「X-40-2701」(信越化学工業(株)製)、「X-40-2728」(信越化学工業(株)製)、「X-40-2738」(信越化学工業(株)製)、「X-40-2740」(信越化学工業(株)製)等の市販品を用いることもできる。
本開示の硬化性組成物が成分(C)を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、本開示の硬化性組成物(100重量%)に対して、1~50重量%が好ましく、より好ましくは5~45重量%、さらに好ましくは10~40重量%である。成分(C)の含有量が上記範囲を外れると、硬化物の耐熱性と機械強度について、高いレベルでバランスをとることが困難となる場合がある。
また、本開示の硬化性組成物が成分(C)を含む場合、硬化性組成物に含まれる硬化性成分(成分(A)、成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)などを含むカチオン重合性化合物)の全量(100重量%)に対する成分(C)の含有量(配合量)は、特に限定されないが、1~60重量%が好ましく、より好ましくは5~55重量%、さらに好ましくは10~50重量%である。成分(C)の含有量が上記範囲を外れると、硬化物の耐熱性と機械強度について、高いレベルでバランスをとることが困難となる場合がある。
[成分(D)]
成分(D)は、後述の成分(G)(芳香族グリシジルエーテル系エポキシ化合物)の芳香環を水素化して得られる水素化グリシジルエーテル系エポキシ化合物(核水素化芳香族グリシジルエーテル系エポキシ化合物)である。本開示の硬化性組成物が成分(D)を含む場合、硬化物の透明性、耐熱性、機械強度について、高いレベルでバランスをとることができる。
成分(D)としては、例えば、2,2-ビス[4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]プロパン、2,2-ビス[3,5-ジメチル-4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]プロパン、これら化合物の多量体などのビスフェノールA型エポキシ化合物を水素化した化合物(水素化ビスフェノールA型エポキシ化合物);ビス[o,o-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、ビス[o,p-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、ビス[p,p-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、ビス[3,5-ジメチル-4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、これら化合物の多量体などのビスフェノールF型エポキシ化合物を水素化した化合物(水素化ビスフェノールF型エポキシ化合物);水添ビフェノール型エポキシ化合物;水添フェノールノボラック型エポキシ化合物;水添クレゾールノボラック型エポキシ化合物;ビスフェノールAの水添クレゾールノボラック型エポキシ化合物;水添ナフタレン型エポキシ化合物;トリスフェノールメタンから得られるエポキシ化合物の水添エポキシ化合物等を挙げることができる。なかでも、ビスフェノールA型エポキシ化合物を水素化したエポキシ化合物が特に好ましい。
なお、本開示の硬化性組成物において、成分(D)は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。成分(D)としては市販品を使用することもでき、例えば、商品名「YX8000」(三菱ケミカル(株)製)などが入手可能である。
本開示の硬化性組成物が成分(D)を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、本開示の硬化性組成物に含まれる硬化性成分(成分(A)、成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)などを含むカチオン重合性化合物)の全量(100重量%)に対して、5~40重量%が好ましく、より好ましくは10~30重量%である。成分(D)の含有量を5重量%以上とすることにより、硬化物の機械強度がより向上する場合がある。一方、成分(D)の含有量が40重量%を超えると、使用態様によっては、硬化性組成物の硬化性が不良となる場合がある。
[成分(E)]
成分(E)としての「脂環式エポキシ基及びエステル結合を有する化合物」としては、具体的には、例えば、下記式(a-5)で表される化合物などを挙げることができる。
Figure 2024025155000015
上記式(a-5)におけるR43~R60は、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。なお、R43~R60は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。上記R43~R60の具体例としては、式(a-1)におけるR1~R18と同様のものが例示される。なかでもR43~R60としては、水素原子が好ましく、特にR43~R60の全てが水素原子であることが好ましい。
上記式(a-5)におけるYは、エステル結合を含む連結基(1以上の原子を含む2価の基)を示す。上記エステル結合を含む連結基としては、例えば、エステル基(エステル結合そのもの);2価の炭化水素基、カルボニル基、エーテル結合、アミド基、これらが複数個連結した基などの連結基(1以上の原子を有する2価の基)の1以上が、1以上のエステル結合を介して連結した基(エステル結合を含む2価の基)などが挙げられる。
上記式(a-5)で表される化合物としては、具体的には、例えば、下記式(a-5-1)~(a-5-7)で表される化合物などを挙げることができる。なお、下記式(a-5-4)中のmは、1~30の整数を表す。下記式(a-5-6)、(a-5-7)中のn1~n6は、それぞれ1~30の整数を示す。
Figure 2024025155000016
Figure 2024025155000017
なお、本開示の硬化性組成物において、成分(E)は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。成分(E)としては、例えば、商品名「セロキサイド2021P」((株)ダイセル製)等の市販品を用いることもできる。
本開示の硬化性組成物が成分(E)を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、上記成分(A)100重量部に対して、好ましくは60重量部以下、より好ましくは50重量部以下、最も好ましくは40重量部以下である。成分(E)の含有量が上記範囲を上回ると、硬化性が低下し、得られる硬化物の耐熱性が低下する傾向がある。また、分子内にエステル結合を含むエポキシ化合物は加水分解されやすいため、得られる硬化物の耐水性が低下する傾向がある。
本開示の硬化性組成物が成分(E)を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、硬化性成分(成分(A)、成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)などを含むカチオン重合性化合物)の全量(100重量%)に対して、30重量%以下(例えば、0~30重量%)が好ましく、より好ましくは25重量%以下、さらに好ましくは20重量%以下、特に好ましくは15重量%以下である。含有量が上記範囲を超えると、硬化物の形状や厚み等によっては、硬化性組成物の硬化性が不十分となる場合がある。
特に、本開示の硬化性組成物が成分(E)を含む場合、成分(A)と成分(E)の含有量(重量部)とが、下記式の関係を満たすこと(成分(A)の含有量が成分(E)の含有量よりも多いこと)が好ましい。
[成分(A)]>[成分(E)]
即ち、成分(A)の含有量と成分(E)の含有量の差([成分(A)(重量部)]-[成分(E)の含有量(重量部)])は、0重量部より大きいことが好ましく、より好ましくは5重量部以上、さらに好ましくは10重量部以上である。上記差が0重量部以下である場合には、硬化性組成物の硬化性が低下し、硬化不良が生じやすくなる場合がある。
[成分(F)]
成分(F)は、分子内に1個以上のオキセタニル基を有する化合物(オキセタン化合物)である。本開示の硬化性組成物が成分(F)を含む場合、硬化物の透明性、耐熱性、機械強度について、高いレベルでバランスをとることができる。
成分(F)としては、例えば、3,3-ビス(ビニルオキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシルオキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(ヒドロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-[(フェノキシ)メチル]オキセタン、3-エチル-3-(ヘキシロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(クロロメチル)オキセタン、3,3-ビス(クロロメチル)オキセタン、1,4-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、ビス([1-エチル(3-オキセタニル)]メチル)エーテル、4,4'-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシメチル]ビシクロヘキシル、1,4-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシメチル]シクロヘキサン、1,4-ビス([(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル)ベンゼン、3-エチル-3-([(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ]メチル)オキセタン、キシリレンビスオキセタン等を挙げることができる。
なお、本開示の硬化性組成物において、成分(F)は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。成分(F)としては、例えば、商品名「アロンオキセタン OXT221」、「アロンオキセタン OXT121」(以上、東亞合成(株)製)等の市販品を使用することもできる。
本開示の硬化性組成物が成分(F)を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、本開示の硬化性組成物に含まれる硬化性成分(成分(A)、成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)などを含むカチオン重合性化合物)の全量(100重量%)に対して、5~40重量%が好ましく、5~30重量%がより好ましく、さらに好ましくは5~20重量%である。成分(F)の含有量を5重量%以上とすることにより、硬化性(特に、紫外線照射により硬化させる際の硬化性)がより向上する場合がある。一方、オキセタン化合物の含有量が30重量%を超えると、使用態様によっては、硬化物の耐熱性が不良となる場合がある。
[成分(G)]
成分(G)における芳香族グリシジルエーテル系エポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂(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、ビスフェノールAのクレゾールノボラック型エポキシ樹脂)等、ナフタレン型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタンから得られるエポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、ビスフェノールA型エポキシ化合物が特に好ましい。
なお、本開示の硬化性組成物において、成分(G)は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。上記成分(G)としては市販品を使用することもでき、例えば、商品名「jER827」(三菱ケミカル(株)製)などが入手可能である。
本開示の硬化性組成物が成分(G)を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、本開示の硬化性組成物に含まれる硬化性成分(成分(A)、成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)を含むカチオン重合性化合物)の全量(100重量%)に対して、5~50重量%が好ましく、より好ましくは5~40重量%である。成分(G)の含有量を5重量%以上とすることにより、硬化性(特に、紫外線照射により硬化させる際の硬化性)がより向上する場合がある。一方、成分(G)の含有量が30重量%を超えると、使用態様によっては、硬化物の耐熱性が不良となる場合がある。
[その他のカチオン重合性化合物]
本開示の硬化性組成物は、上記成分(A)、成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)以外のカチオン重合性化合物(「その他のカチオン硬化性化合物」と称する場合がある)を含有していてもよい。その他のカチオン硬化性化合物としては、例えば、上記成分(A)、成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)以外のエポキシ化合物(「その他のエポキシ化合物」と称する場合がある)、ビニルエーテル化合物等が挙げられる。なお、本開示の硬化性組成物において上記その他のカチオン硬化性化合物は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
上記そのエポキシ化合物としては、例えば、脂環にエポキシ基が直接単結合で結合している化合物(例えば、下記式(a-4)で表される化合物);脂肪族多価アルコールのモノ又はポリグリシジルエーテル等の脂肪族グリシジルエーテル系エポキシ化合物;グリシジルエステル系エポキシ化合物;グリシジルアミン系エポキシ化合物等を挙げることができる。
Figure 2024025155000018
式(a-4)におけるR’は、p価のアルコールの構造式からp個の-OHを除いた基を示す。また、p、nはそれぞれ自然数を表す。pは1~6が好ましく、nは1~30が好ましい。p価のアルコール[R’-(OH)p]としては、例えば、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノール等のC1-15多価アルコールを挙げることができる。pが2以上の場合、外側の括弧内の基におけるnは同一でもよく、異なっていてもよい。上記式(a-4)で表される化合物としては、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物[例えば、商品名「EHPE3150」、(株)ダイセル製]等を好適に使用することができる。
上記ビニルエーテル化合物としては、分子内に1個以上のビニルエーテル基を有する化合物であればよく、例えば、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、3-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2-ヒドロキシイソプロピルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル、3-ヒドロキシブチルビニルエーテル、2-ヒドロキシブチルビニルエーテル、3-ヒドロキシイソブチルビニルエーテル、2-ヒドロキシイソブチルビニルエーテル、1-メチル-3-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、1-メチル-2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、1-ヒドロキシメチルプロピルビニルエーテル、4-ヒドロキシシクロヘキシルビニルエーテル、1,6-ヘキサンジオールモノ又はジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノ又はジビニルエーテル、1,3-シクロヘキサンジメタノールモノ又はジビニルエーテル、1,2-シクロヘキサンジメタノールモノ又はジビニルエーテル、p-キシレングリコールモノ又はジビニルエーテル、m-キシレングリコールモノ又はジビニルエーテル、o-キシレングリコールモノ又はジビニルエーテル、ジエチレングリコールモノ又はジビニルエーテル、トリエチレングリコールモノ又はジビニルエーテル、テトラエチレングリコールモノ又はジビニルエーテル、ペンタエチレングリコールモノ又はジビニルエーテル、オリゴエチレングリコールモノ又はジビニルエーテル、ポリエチレングリコールモノ又はジビニルエーテル、ジプロピレングリコールモノ又はジビニルエーテル、トリプロピレングリコールモノ又はジビニルエーテル、テトラプロピレングリコールモノ又はジビニルエーテル、ペンタプロピレングリコールモノ又はジビニルエーテル、オリゴプロピレングリコールモノ又はジビニルエーテル、ポリプロピレングリコールモノ又はジビニルエーテル、及びこれらの誘導体等を挙げることができる。
上記その他のカチオン硬化性化合物の含有量(配合量)は、特に限定されないが、本開示の硬化性組成物(100重量%)に対して、0~50重量%(例えば、5~50重量%)が好ましく、より好ましくは0~30重量%(例えば、5~30重量%)、さらに好ましくは0~15重量%である。
[離型剤]
本開示の硬化性組成物は、離型剤を含有していてもよい。離型剤を含むことにより、例えば、ウェハレベルレンズ成型用金型からの離型が容易となる傾向がある。上記離型剤としては、フッ素化合物(フッ素系離型剤;フッ素樹脂、フルオロアルキル基含有化合物等)、シリコーン化合物(シリコーン系離型剤;シリコーンオイル、シリコーン樹脂等)、ワックス類(ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等)、長鎖カルボン酸、長鎖カルボン酸金属塩、多価アルコール(ポリエチレングリコール等)等の公知乃至慣用の離型剤を使用することができ、特に限定されない。中でも、分子内にエポキシ基やオキセタニル基等のカチオン硬化性官能基を有する離型剤(例えば、カチオン硬化性官能基を有するフッ素化合物、カチオン硬化性官能基を有するシリコーン化合物等)が好ましい。なお、離型剤は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。離型剤としては、例えば、商品名「E-1630」(ダイキン工業(株)製)等の市販品を使用することもできる。上記離型剤の含有量は、離型剤の種類や成型方法等に応じて適宜設定することができ、特に限定されないが、本開示の硬化性組成物(100重量%)に対して、0.1~10重量%が好ましく、より好ましくは0.5~5重量%である。
[添加剤等]
本開示の硬化性組成物は、添加剤等のその他の成分を含んでいてもよい。上記添加剤としては、公知乃至慣用の添加剤が挙げられ、特に限定されないが、例えば、金属酸化物粒子、ゴム粒子、シリコーン系やフッ素系の消泡剤、シランカップリング剤、充填剤、可塑剤、レベリング剤、帯電防止剤、難燃剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、イオン吸着体、顔料等が挙げられる。これら各種の添加剤の含有量(配合量)は、特に限定されないが、本開示の硬化性組成物(100重量%)に対して、5重量%以下とすることが好ましい。本開示の硬化性組成物は溶媒を含んでいてもよいが、あまり多いと硬化物に気泡が生じる場合があるので、その含有量は、本開示の硬化性組成物(100重量%)に対して10重量%以下とすることが好ましく、より好ましくは1重量%以下である。
本開示の硬化性組成物は、下記式(4)で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物を含む組成物を除くものであることが好ましい。本開示の硬化性組成物が下記式(4)で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物を含む場合、硬化性が不良となり、タックのない硬化物を得ることが困難となる傾向がある。また、得られた硬化物に反りが生じる等の不具合も生じやすい傾向がある。なお、下記式(4)中、Re及びRfは、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1~8のアルキル基を示し、炭素数1~8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の直鎖又は分岐鎖状のアルキル基等が挙げられる。
Figure 2024025155000019
本開示の硬化性組成物は、特に限定されないが、例えば、所定量の成分(A)、及び成分(B)、必要に応じて、成分(C)、成分(D)、成分(E)、成分(F)、成分(G)、その他のカチオン重合性化合物、添加剤等を配合し、さらに必要に応じて、例えば真空下で気泡を除去しながら攪拌・混合することにより調製できる。撹拌・混合する際の温度は、例えば、10~60℃程度が好ましい。なお、撹拌・混合には、公知乃至慣用の装置、例えば、自転公転型ミキサー、1軸又は多軸エクストルーダー、プラネタリーミキサー、ニーダー、ディゾルバー等を使用できる。
本開示の硬化性組成物を硬化させることにより、硬化物(「本開示の硬化物」と称する場合がある)が得られる。本開示の硬化性組成物の硬化(硬化反応)は、例えば、加熱処理及び/又は光照射により進行させることができる。なお、加熱処理を行う場合、その温度としては、反応に供する成分や触媒の種類等に応じて適宜調整することができ、特に限定されないが、100~200℃が好ましく、より好ましくは120~160℃である。光照射を行う場合、その光源としては、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、カーボンアークランプ、メタルハライドランプ、太陽光、電子線源、レーザー光源等を使用できる。また、光照射の後、例えば、50~180℃程度の温度で加熱処理を施してさらに硬化反応を進行させてもよい。
また、加熱処理及び/又は光照射終了後は、更にアニール処理を施して内部歪みを除去することが好ましく、例えば100~200℃の温度で30分~1時間程度加熱することが好ましい。
本開示の硬化物の400nmにおける内部透過率[厚み0.5mm換算]は、特に限定されないが、70%以上(例えば、70~100%)が好ましく、より好ましくは75%以上、さらに好ましくは80%以上、特に好ましくは85%以上である。また、本開示の硬化物の屈折率は、特に限定されないが、1.45以上が好ましく、より好ましくは1.50以上である。本開示の硬化物のアッベ数は、特に限定されないが、45以上が好ましく、より好ましくは50以上である。
本開示の硬化物のガラス転移温度(Tg)は、特に限定されないが、100℃以上(例えば、100~200℃)が好ましく、より好ましくは140℃以上である。ガラス転移温度が100℃未満であると、使用態様によっては硬化物の耐熱性が不十分となる場合がある。硬化物のガラス転移温度は、例えば、各種熱分析[DSC(示差走査熱量計)、TMA(熱機械分析装置)等]や動的粘弾性測定等により測定できる。
本開示の硬化物のガラス転移温度以下における線膨張係数(α1)は、特に限定されないが、40~100ppm/℃が好ましく、より好ましくは40~90ppm/℃である。また、本開示の硬化物のガラス転移温度以上における線膨張係数(α2)は、特に限定されないが、90~150ppm/℃が好ましく、より好ましくは90~130ppm/℃である。なお、硬化物の線膨張係数α1、α2は、例えば、TMA等により測定できる。
本開示の硬化物の25℃における貯蔵弾性率は、特に限定されないが、0.1GPa以上が好ましく、より好ましくは1GPa以上である。なお、硬化物の25℃における貯蔵弾性率は、例えば、動的粘弾性測定等により測定できる。
本開示の硬化物の25℃における曲げ強度は、特に限定されないが、80~200MPaが好ましく、より好ましくは100~200MPaである。また、本開示の硬化物の25℃における曲げひずみ(最大曲げ応力時のひずみ)は、特に限定されないが、2%以上が好ましく、より好ましくは3%以上である。なお、硬化物の25℃における曲げ強度及び曲げひずみは、例えば、JIS K7171に準拠して測定することができる。
本開示の硬化性組成物は、優れた硬化性を有し、なおかつ耐熱性に優れた硬化物を形成できるため、光学部材を形成するための材料(光学部材形成用組成物)として好ましく使用できる。即ち、上記光学部材は、本開示の硬化性組成物(光学部材形成用組成物)を硬化させて得られる硬化物を含む光学部材である。上記光学部材としては、例えば、光拡散性、光透過性、光反射性等の各種の光学的機能を発現する部材や、上記光学的機能を利用した装置や機器(これらを総称して「光学装置」と称する場合がある)を構成する部材等が挙げられる。上記光学部材としては、具体的には、例えば、液晶表示装置におけるカラーフィルター、カラーフィルター保護膜、TFT平坦化膜、基板材料、導光板、プリズムシート、偏光板(偏光フィルム)、位相差板(位相差フィルム)、視野角補正フィルム、偏光子保護フィルム、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)、封止材(封止剤)等;光半導体表示装置における光半導体素子のモールド材(モールド剤)、封止材(封止剤)、前面ガラスの保護フィルム、前面ガラスの代替材料、各種コーティング剤、接着材(接着剤)等;プラズマディスプレイパネルにおける反射防止フィルム、光学補正フィルム、ハウジング材、前面ガラスの保護フィルム、前面ガラスの代替材料、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤);プラズマアドレス液晶ディスプレイにおける基板材料、導光板、プリズムシート、偏光板、位相差板、視野角補正フィルム、偏光子保護フィルム、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;有機エレクトロルミネッセンスディスプレイにおける前面ガラスの保護フィルム、前面ガラスの代替材料、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;フィールドエミッションディスプレイにおける各種フィルム基板、前面ガラスの保護フィルム、前面ガラスの代替材料、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等が挙げられる。
また、上記光学部材としては、例えば、光記録分野で使用される光学部材[例えば、CD/CD-ROM、CD-R/RW、DVD-R/DVD-RAM、MO/MD、PD(相変化ディスク)、Blu-Ray、光カード用のディスク基板材料;ピックアップレンズ;受光センサー部;保護フィルム;各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等]、光学機器分野で使用される光学部材[例えば、スチールカメラのレンズ用材料、ファインダプリズム、ターゲットプリズム、ファインダーカバー、受光センサー部、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;ビデオカメラの撮影レンズ、ファインダー、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;プロジェクションテレビの投射レンズ、保護フィルム、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;光センシング機器のレンズ用材料、各種フィルム、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;スマートフォン等の携帯端末に搭載されたカメラのレンズ、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等]、光部品分野で使用される光学部材[例えば、光通信システムでの光スイッチ周辺のファイバー材料、レンズ、導波路、素子、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;光コネクタ周辺の光ファイバー材料、フェルール、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;光受動部品、光回路部品におけるレンズ、導波路、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;光電子集積回路(OEIC)周辺の基板材料、ファイバー材料、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等]、光ファイバー分野で使用される光学部材[例えば、装飾ディスプレイ用照明・ライトガイド等、工業用途のセンサー類、表示・標識類等、また通信インフラ用及び家庭内のデジタル機器接続用の光ファイバー、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等]、光・電子機能有機材料分野で使用される光学部材[例えば、有機EL素子周辺材料、有機フォトリフラクティブ素子、光-光変換デバイスである光増幅素子、光演算素子、有機太陽電池周辺の基板材料、ファイバー材料、素子の封止材(封止剤)、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等]等が挙げられる。
さらに、上記光学部材としては、例えば、自動車・輸送機分野で使用される光学部材[例えば、自動車用ヘッドランプ・テールランプ・室内ランプ等のランプ材料、ランプリフレクタ、ランプレンズ、外装板・インテリアパネル等の各種内外装品、ガラス代替品、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;鉄道車輌用の外装部品、ガラス代替品、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等;航空機の外装部品、ガラス代替品、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等]、建築分野で使用される光学部材[例えば、ガラス中間膜、ガラス代替品、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等]、農業分野で使用される光学部材[例えば、ハウス被覆用フィルム、各種コーティング材(コーティング剤)、接着材(接着剤)等]等も挙げられる。
本開示の硬化性組成物(光学部材形成用組成物)を硬化させて得られる硬化物を含む上述の光学部材を使用することにより、該光学部材を含む光学装置を得ることができる。上記光学装置としては、上記光学部材を含む各種の光学装置(例えば、液晶表示装置、光半導体表示装置、プラズマディスプレイパネル、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、スマートフォンや携帯電話等の携帯端末等)が挙げられ、特に限定されない。
本開示の硬化性組成物は、優れた高速硬化性(2~3分程度の加熱で速やかに硬化する硬化性)を有し、なおかつ該硬化性組成物を硬化させることにより得られる硬化物(本開示の硬化物)は、リフロー耐熱性(リフロー工程において加熱処理された際にも変色が生じにくい耐熱性)にも優れるため、特に、ウェハレベルレンズを形成するための材料(ウェハレベルレンズ用硬化性組成物)として好ましく使用できる。即ち、本開示のウェハレベルレンズは、本開示の硬化性組成物(ウェハレベルレンズ用硬化性組成物)の硬化物を含むウェハレベルレンズである。本開示のウェハレベルレンズ用硬化性組成物の硬化は、例えば、下記の<ウェハレベルレンズの製造方法>の項に記載の方法により進行させることができる。
<ウェハレベルレンズの製造方法>
本開示の硬化性組成物を硬化かつ成型することにより、ウェハレベルレンズ(「本開示のウェハレベルレンズ」と称する場合がある)が得られる。具体的には、本開示のウェハレベルレンズは、本開示の硬化性組成物をキャスティング成型法又は射出成型法に付す方法(「本開示のウェハレベルレンズの製造方法」と称する場合がある)により得られる。
なお、ウェハレベルレンズの成型に用いる金型(ウェハレベルレンズ成型用型)の材質は特に限定されず、例えば、金属、ガラス、プラスチック等のいずれであってもよい。
[キャスティング成型法]
上記キャスティング成型法としては、例えば、下記の工程1a~工程3aをいずれも含む方法が挙げられる。
工程1a:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
工程2a:工程1aの後、本開示の硬化性組成物を上記ウェハレベルレンズ成型用型に接触させる工程
工程3a:工程2aの後、本開示の硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させる工程
本開示の硬化性組成物の硬化は、加熱処理及び/又は光照射により行われる(工程3a)。加熱処理を行う場合、その温度としては、反応に供する成分や触媒の種類等に応じて適宜調整することができ、特に限定されないが、100~200℃が好ましく、より好ましくは120~160℃程度である。光照射を行う場合、その光源としては、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、カーボンアークランプ、メタルハライドランプ、太陽光、電子線源、レーザー光源等を使用することができる。また、光照射後、例えば、50~180℃程度の温度で加熱処理を施してさらに硬化反応を進行させてもよい。
上記キャスティング成型法は、工程3aの後、さらに、下記の工程4aを含んでいてもよい。
工程4a:硬化した本開示の硬化性組成物(本開示の硬化物)をアニール処理する工程
上記アニール処理は、特に限定されないが、例えば、100~200℃の温度で30分~1時間程度加熱することにより行われる。なお、アニール処理は、ウェハレベルレンズ成型用型を外してから実施することもできるし、外すことなく実施することもできる。
上記キャスティング成型法が特に後述の同時成型法で実施された場合には、通常、上記工程3a又は工程4aにより、1個ないし複数個のウェハレベルレンズが連接した状態で形成されたシート状の硬化物(ウェハレベルレンズシート)が得られる。上記ウェハレベルレンズシートが複数のウェハレベルレンズを有する場合には、これらのウェハレベルレンズは、規則正しく配列(整列)されていてもよいし、ランダムに配列されていてもよい。上記ウェハレベルレンズシートを切断し、余分な部分を除去することによって、本開示のウェハレベルレンズが得られる。
即ち、上記キャスティング成型法が特に後述の同時成型法で実施された場合には、上記キャスティング成型法は、工程3a又は工程4aの後、さらに、下記の工程5aを含んでいてもよい。
工程5a:硬化した本開示の硬化性組成物(本開示の硬化物、通常、ウェハレベルレンズシート)を切断する工程
硬化した本開示の硬化性組成物(本開示の硬化物)の切断は、公知乃至慣用の加工手段等により実施できる。
より具体的には、上記キャスティング成型法は、以下の工程1-1~工程1-3を含む同時成型法、以下の工程2-1及び工程2-2を含む個片成型法等を包含する。
(同時成型法)
工程1-1:本開示の硬化性組成物を複数個のレンズ型が一定方向に整列した形状を有するウェハレベルレンズ成型用型に流し込み、加熱及び/又は光照射して硬化させる工程
工程1-2:工程1-1の後、ウェハレベルレンズ成型用型を外してアニール処理を行い、ウェハレベルレンズが複数個結合した形状を有する硬化物(ウェハレベルレンズシート)を得る工程
工程1-3:工程1-2の後、得られた硬化物を切断してウェハレベルレンズを得る工程
(個片成型法)
工程2-1:本開示の硬化性組成物を1個のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型に流し込み、加熱及び/又は光照射して硬化させる工程
工程2-2:工程2-1の後、ウェハレベルレンズ成型用型を外してアニール処理を行い、ウェハレベルレンズを得る工程
[射出成型法]
上記射出成型法としては、例えば、下記の工程1b~工程3bをいずれも含む方法が挙げられる。
工程1b:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
工程2b:工程1bの後、本開示の硬化性組成物を上記ウェハレベルレンズ成型用型に射出する工程
工程3b:工程2bの後、本開示の硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させる工程
上記射出成型法における本開示の硬化性組成物の硬化は、加熱処理及び/又は光照射により行われ、より具体的には、上述のキャスティング成型法における硬化と同様に実施できる。
上記射出成型法は、工程3bの後、さらに、下記の工程4bを含んでいてもよい。
工程4b:硬化した本開示の硬化性組成物(本開示の硬化物)をアニール処理する工程
上記アニール処理は、特に限定されないが、例えば、100~200℃の温度で30分~1時間程度加熱することにより行われる。なお、アニール処理は、ウェハレベルレンズ成型用型を外してから実施することもできるし、外すことなく実施することもできる。
上記射出成型法は、工程3b又は工程4bの後、さらに、バリを除去する工程等を含んでいてもよい。
上記キャスティング成型法における同時成型法では、本開示の硬化性組成物は低粘度で流動性に優れることが、ウェハレベルレンズ成型用型への充填性に優れる点で好ましい。上記同時成型法において使用される本開示の硬化性組成物の25℃における粘度としては、特に限定されないが、3600mPa・s以下が好ましく、より好ましくは2500mPa・s以下、さらに好ましくは2000mPa・s以下、特に好ましくは1500mPa・s以下である。本開示の硬化性組成物の粘度を上記範囲に調整することにより、流動性が向上し、気泡が残存しにくくなり、注入圧の上昇を抑制しつつウェハレベルレンズ成型用型への充填を行うことができる。即ち、塗布性及び充填性を向上することができ、本開示の硬化性組成物の成型作業全体に亘り、作業性を向上させることができる。
本開示の硬化性組成物の硬化物(本開示の硬化物)は、100~200℃程度の高温環境下でも優れた耐熱性を有し、形状保持性に優れる。このため、ウェハレベルレンズ成型用型から外した後にアニール処理を施しても、優れたレンズ中心位置精度を有するウェハレベルレンズを効率よく製造することができる。レンズ中心位置精度としては、レンズ中心位置のズレが、例えば、±2μm以下程度が好ましく、より好ましくは±1μm以下程度である。本開示のウェハレベルレンズの製造方法で得られるウェハレベルレンズは、複数枚積層して接着することにより、極めて高い画素数を有し、光学特性に優れる接合レンズ(積層ウェハレベルレンズ)を形成することができる。
また、本開示の硬化性組成物の硬化物(本開示の硬化物)は、上記のように高温環境下でも優れた形状保持性を有するため、アニール処理を施してもレンズピッチにズレを生じることがなく、上記同時成型法の工程1-3では、硬化物を複数枚重ね、最上部の硬化物を基準に切断ラインの位置を決定して切断することにより、複数のウェハレベルレンズを破損することなく分離させることができ、コストの削減及び作業の効率化が可能である。
本開示のウェハレベルレンズは、複数枚のウェハレベルレンズの積層体(「積層ウェハレベルレンズ」と称する場合がある)の構成部材としても使用可能である。即ち、本開示の積層ウェハレベルレンズは、該積層ウェハレベルレンズを構成するウェハレベルレンズとして本開示のウェハレベルレンズを少なくとも有する積層ウェハレベルレンズである。なお、本開示の積層ウェハレベルレンズを構成するウェハレベルレンズは、全て本開示のウェハレベルレンズであってもよいし、本開示のウェハレベルレンズ及びその他のウェハレベルレンズであってもよい。本開示の積層ウェハレベルレンズを構成するウェハレベルレンズの枚数は、特に限定されないが、例えば、2~5枚(特に2~3枚)である。
本開示の積層ウェハレベルレンズは、公知乃至慣用の方法により製造することができ、特に限定されないが、例えば、本開示のウェハレベルレンズを含む複数枚のウェハレベルレンズを積層することによって製造することもできるし、上述の同時成型法により得られたウェハレベルレンズシートを含む複数枚のウェハレベルレンズシートを積層することによってウェハレベルレンズシート積層体(ウェハレベルレンズシートの積層体)を得た後、該ウェハレベルレンズシートを切断することによっても製造することができる。なお、本開示の積層ウェハレベルレンズ(又は上記ウェハレベルレンズシート積層体)においては、各ウェハレベルレンズ間(又は各ウェハレベルレンズシート間)が公知乃至慣用の接着手段により接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。
より具体的には、本開示の積層ウェハレベルレンズは、例えば、以下の工程1c~工程5cをいずれも含む方法により製造することができる。
工程1c:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
工程2c:工程1cの後、本開示の硬化性組成物を上記ウェハレベルレンズ成型用型に接触させる工程
工程3c:工程2cの後、本開示の硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させてウェハレベルレンズシートを得る工程
工程4c:工程3cの後、上記ウェハレベルレンズシートを含む複数枚のウェハレベルレンズシートを積層してウェハレベルレンズシート積層体を得る工程
工程5c:工程4cの後、上記ウェハレベルレンズシート積層体を切断する工程
上記積層ウェハレベルレンズの製造方法は、さらに、工程3cと工程4cの間に、下記工程を含んでいてもよい。
工程6c:上記ウェハレベルレンズシートをアニール処理する工程
本開示のウェハレベルレンズ又は積層ウェハレベルレンズは、優れた耐熱性、及び光学特性を有し、高温環境下に曝しても優れた形状保持性を発揮することができ、且つ優れた光学特性を維持することができる。このため、例えば、各種光学装置におけるカメラ(車載カメラ、デジタルカメラ、PC用カメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ等)の撮像用レンズ、メガネレンズ、光ビーム集光レンズ、光拡散用レンズ等として好ましく使用することができる。本開示のウェハレベルレンズ又は積層ウェハレベルレンズを搭載した上述の光学装置は、高い品質を有する。
さらに、本開示のウェハレベルレンズ又は積層ウェハレベルレンズは、回路基板に実装する場合、リフローによって半田付け実装が可能である。このため、本開示のウェハレベルレンズを搭載したカメラモジュールは、携帯電話等のPCB(Printed Circuit Board)基板上に、他の電子部品の表面実装と同一の半田リフロープロセスにて、直接、非常に効率良く実装することができ、極めて効率的な光学装置の製造が可能となる。
本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。
各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本開示は、実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
以下、実施例により本開示をより具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例により限定されるものではない。
製造例1
[脂環式エポキシ化合物の製造]
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)とを撹拌混合して、脱水触媒を調製した。
撹拌機、温度計、及び脱水管を備え、且つ保温された留出配管を具備した3リットルのフラスコに、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)、及びプソイドクメン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。反応終了液を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、及び酢酸エチル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。過酢酸溶液の滴下終了後、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、脂環エポキシ化合物270gを得た。得られた脂環エポキシ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、上記脂環エポキシ化合物が3,4,3’,4’-ジエポキシビシクロヘキシルであることが確認された。
製造例2
[脂環式エポキシ化合物の製造]
5L反応器にテトラヒドロベンジルアルコール(400g、3.57mol)、トリエチルアミン(379g、3.74mol)、及びトルエン(927mL)を加え、窒素置換した後に5℃まで冷却した。
ここに、メタンスルホニルクロライド(429g、3.74mol)のトルエン(461mL)溶液を5~10℃の範囲で滴下し、30分熟成した。その後、反応系内にイオン交換水を添加して反応を停止し、抽出した有機層を炭酸水素ナトリウム水溶液で1回、1Mの塩酸水溶液で1回、イオン交換水で1回洗浄した。得られた有機層を濃縮することによってメタンスルホン酸テトラヒドロベンジルを得た(収率:98%)。
5L反応器に水酸化ナトリウム(顆粒状)(499g、12.48mol)、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、3.74mol)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、上記で得られたメタンスルホン酸テトラヒドロベンジル(419g、2.20mol)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(転化率:99%、選択率:98%、収率:85%)。
上記で得られたジテトラヒドロベンジルエーテル(200g、0.97mol)、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、ジテトラヒドロベンジルエーテル1molに対して2.4molに相当)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)エーテルを無色透明液体として得た(収率:77%)。
製造例3
[脂環式エポキシ化合物の製造]
攪拌器、蒸留塔、温度計を備えている10リットルの4つ口フラスコに水添ビスフェノールAを6kg(25.0モル)と硫酸水素カリウムを490g(3.6モル)加えて、140℃に加熱し、水添ビスフェノールAを融解させた。融解後、さらに180℃に加熱し、攪拌を開始すると、徐々に反応が始まり、常圧で4時間で水が理論量の56%に相当する505ml(28モル)留出した。
その後、反応系内を同温度で、10Torrに減圧し、5時間かけて水と2,2-ビス(3'-シクロヘキセニル)プロパンを上記蒸留塔の塔頂より留出させた。留出させた水と2,2-ビス(3'-シクロヘキセニル)プロパンはデカンターで二層に分離させ、上層の2,2-ビス(3'-シクロヘキセニル)プロパンを取り出した。
その後、水と2,2-ビス(3'-シクロヘキセニル)プロパンの留出がなくなった時点で反応終了とした。2,2-ビス(3'-シクロヘキセニル)プロパンの留出粗液の収量は4880gであった。
空気吹き込み口、ガス分散多孔板、冷却ジャケットを備えた300mlステンレス製反応器に酢酸コバルトを含む10%アセトアルデヒド-酢酸エチル溶液を114kg/時間で仕込ながら圧縮空気を吹き込み、45℃で反応を行った。反応液は、過酢酸10.2%、アセトアルデヒドモノパーアセテート2.1%、酢酸2.1%を含んでいた。この溶液をポリリン酸ナトリウムとともに蒸留塔に仕込み、濃縮を行い過酢酸溶液を得た。この過酢酸溶液は、過酢酸濃度29.2%、水分は、0.31%であった。
上記で得られた2,2-ビス(3',4'-シクロヘキセニル)プロパン100g、酢酸エチル300gを1リットル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、上記で得られた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:29.2%、水分含量0.31%)を滴下した。過酢酸滴下終了後、30℃で3時間熟成し反応を終了した。さらに30℃で反応終了液を水洗し、70℃/20Torrで脱低沸を行った後、WFE型薄膜蒸発器にて加熱温度180℃、圧力4Torrの条件で蒸留し、2,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロパンを71.2g得た。
実施例1~10、比較例1~8
下記表1に記載の各成分を表1に記載の配合組成(数値は重量部)に従って配合し、室温で自転公転型ミキサーで撹拌・混合することにより、均一で透明な硬化性組成物(カチオン硬化性組成物)を得た。
次いで、上記で得られた硬化性組成物を、下記加熱処理方法又はUV照射方法により硬化させて硬化物を得た。表1には、いずれの硬化方式で硬化させたかを示した。なお、下記硬化物の作製にあたっては、レンズ形状がない平面の金型を用いた。
<加熱処理方法>
インプリント成型機(商品名「NANOIMPRINTER NM-0501」、明昌機工(株)製)を用い下記の成型プロファイルにて、厚み0.5mmで硬化・成型し、80℃まで冷却した後に離型し、更に予め200℃に熱したオーブンで30分間加熱してアニール処理を行って硬化物を得た(それぞれ5個ずつ)。
成型プロファイル:25℃で硬化性組成物を金型に塗布し、その後、所定の厚みまでプレス軸位置を調整して金型をプレスし、170℃まで20℃/分で昇温した後、更に170℃にて10分間保持する。
<UV照射方法>
インプリント成型機(商品名「NANOIMPRINTER NM-0501」、明昌機工(株)製)を用い下記の成型プロファイルにて、厚み0.5mmで硬化・成型、次いで離型し、更に予め200℃に熱したオーブンで30分間加熱しアニール処理を行って硬化物を得た(それぞれ5個ずつ)。
成型プロファイル:25℃で硬化性組成物を金型に塗布し、その後、所定の厚みまでプレス軸位置を調整して金型をプレスし、UV-LED(λ=365nm)照射(照射強度=100mW/cm2、30秒間、積算照射量=3000mJ/cm2)を行う。
Figure 2024025155000020
表1の略語について説明する。
[硬化性化合物]
C-1:分子内に4個の脂環エポキシ基を有する環状シロキサン(信越化学工業(株)製、商品名「KR-470」)
C-2:分子内に2個のグリシジル基を有する環状シロキサン(信越化学工業(株)製、商品名「X-40-2728」)
A-1:製造例1により得られた化合物(3,4,3’,4’-ジエポキシビシクロヘキシル)
A-2:製造例2により得られた化合物(ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル)
A-3:製造例3により得られた化合物(2,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロパン)
E-1:3,4-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((株)ダイセル製、商品名「セロキサイド2021P」)
D-1:水添ビスフェノール型ジグリシジル化合物(三菱ケミカル(株)製、商品名「YX8000」)
G-1:ビスフェノール型ジグリシジル化合物(三菱ケミカル(株)製、商品名「jER827」)
F-1:3-エチル-3{[(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ]メチル}オキセタン(東亞合成(株)製、商品名「アロンオキセタンOXT221」)
[熱カチオン重合開始剤]
B-1:アニオン部としてガリウムを含む芳香族スルホニウム塩(特開2017-048325に従って調製)
B-2:アニオン部としてアンチモンを含む芳香族スルホニウム塩(三新化学工業(株)製、商品名「サンエイドSI-100L」)
B-3:アニオン部としてリンを含む芳香族スルホニウム塩(三新化学工業(株)製、商品名「サンエイドSI-110」)
B-4:アニオン部としてホウ素を含む芳香族スルホニウム塩(三新化学工業(株)製、商品名「サンエイドSI-B3」)
[光カチオン重合開始剤]
B-5:アニオン部としてガリウムを含む芳香族スルホニウム塩(特開2017-048325に従って調製)
B-6:アニオン部としてアンチモンを含む芳香族スルホニウム塩(サンアプロ(株)製、商品名「CPI-101A」)
B-7:アニオン部としてリンを含む芳香族スルホニウム塩(サンアプロ(株)製、商品名「CPI-100P」)
B-8:アニオン部としてリンを含む芳香族スルホニウム塩(サンアプロ(株)製、商品名「CPI-210S」)
B-9:アニオン部としてホウ素を含む芳香族スルホニウム塩(サンアプロ(株)製、商品名「CPI-310B」)
[酸化防止剤]
IRG1010:ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェノール)プロピオネート](BASF製、商品名「IRGANOX1010」)
HP10:2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)オクチルホスファイト((株)ADEKA製、商品名「HP-10」)
実施例及び比較例で得られた硬化性組成物について、以下の評価を行った。
[塗布性、脱泡性]
上述の<加熱処理方法>又は<UV照射方法>において、容積定量式ディスペンサーによる硬化性組成物の金型への塗布性、脱泡性を以下の基準で評価した。

〇:塗布可能、塗布後に気泡混入無し
×:塗布不可能、塗布後に気泡混入有り
[硬化性]
上述の<加熱処理方法>又は<UV照射方法>において、硬化性組成物の硬化性を以下の基準で評価した。

〇:硬化(離型可能)
×:半硬化~未硬化(離型不可能)
実施例及び比較例で得られた硬化物について、以下の評価を行った。
なお、上記硬化性評価で、半硬化~未硬化で、離型不可能であった比較例2、5、及び8については、以下の評価は行っていない。
[アニール後の透過率]
実施例及び比較例で得られたアニール後の硬化物の透過率を分光光度計((株)日立ハイテクノロジーズ製、商品名「U-3900」)を用いて、波長190nm~800nmの範囲で測定した。得られた結果から、400nm、500nm、550nm、600nmにおける光線透過率を外部透過率(%)として求めた。
また、下記式によって、内部透過率を算出した。
400nmにおける内部透過率=400nmにおける光線透過率/(1-r)2
r={(n-1)/(n+1)}2
nは400nmにおける屈折率であり、下記の屈折率の測定方法に準じて測定した400nmにおける屈折率の値を用いた。450nm、500nm、550nm、600nmにおける内部透過率も、上記に準じて算出した。
[リフロー後の透過率]
実施例及び比較例で得られたアニール後の硬化物を下記条件のリフロー条件に付した後に、上記の「アニール後の透過率」に準じて、400nm、450nm、500nm、550nm、600nmにおける外部透過率、内部透過率を算出した。
<リフロー条件>
IPC/JEDEC J-STD-020に準拠し、以下表2のプロファイルで260℃まで加熱し、260℃到達後30秒保持した後、25℃まで2℃/min以上で冷却した。リフローは3回実施した。
Figure 2024025155000021
[屈折率]
実施例及び比較例で得られたアニール後の硬化物について、JIS K7142に準拠した方法で、屈折率計(商品名「Model 2010」、メトリコン社製)を用いて、25℃における波長407nm、633nm、826nm、1309nmの光の屈折率を測定し、下記のCauchyの分散式によって波長589nmの光の屈折率を算出した。
Figure 2024025155000022
[外観]
実施例及び比較例で得られた硬化物について、アニール前、アニール後、及びリフロー後の外観を目視にて評価した。
上記評価結果を表3にまとめて示す。
Figure 2024025155000023
ガリウム原子を含むアニオン部を有するカチオン重合開始剤を含む実施例の硬化性組成物は、優れた硬化性を示した。一方、リン原子を含むアニオン部を有するカチオン重合開始剤を含む比較例2、5の硬化性組成物は、硬化性に劣り、硬化物の離型が困難であった。また、ガリウム原子を含むアニオン部を有するカチオン重合開始剤を含むが、成分(A)を含まない比較例8の硬化性組成物は、硬化性に劣り、硬化物の離型が困難であった。
また、ガリウム原子を含むアニオン部を有するカチオン重合開始剤を含む実施例の硬化物は、アンチモン原子を含むアニオン部を有するカチオン重合開始剤を含む比較例1、4の硬化物と同程度のリフロー耐熱性を示した。一方、リン原子又はホウ素原子を含むアニオン部を有するカチオン重合開始剤を含む比較例3、6、7の硬化物は、耐熱性に劣り、黄変又は褐変した。
以上の結果より、脂環式エポキシ基を有し、且つエステル結合を有しない化合物である成分(A)と、ガリウム原子を含むアニオン部を有するカチオン重合開始剤である成分(B)とを含む本開示の硬化性組成物は、環境規制のあるアンチモンを使用することなく、硬化性に優れ、耐熱性に優れる硬化物を形成できることが分かる。
以下に、本開示のバリエーションを付記する。
〔付記1〕
下記成分(A)、及び成分(B)を含む硬化性組成物。
成分(A):脂環式エポキシ基を有し、且つエステル結合を有しない化合物
成分(B):カチオン部と、ガリウム原子を含むアニオン部とからなるカチオン重合開始剤
〔付記2〕
成分(A)における脂環式エポキシ基を有し、且つエステル結合を有しない化合物が、下記式(a-1)で表される化合物である、付記1に記載の硬化性組成物。
Figure 2024025155000024
[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(エステル結合を含む連結基を除く)を示す。]
〔付記3〕
成分(B)のアニオン部が、下記式(1)
Figure 2024025155000025
[式(1)中、Rは1価の炭化水素基又は1価のフッ化炭化水素基を示す。nは1~4の整数を示す。]
で表されるアニオンである、付記1又は2に記載の硬化性組成物。
〔付記4〕
成分(B)のアニオン部が、下記式(2)
Figure 2024025155000026
[式(2)中、X1~X4は、同一又は異なって、0~5の整数を示し、X1~X4の全ての合計は1以上である。]
で表されるアニオンである、付記1~3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
〔付記5〕
さらに、下記成分(C)を含有する、付記1~4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
成分(C):分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン化合物
〔付記6〕
成分(C)における分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン化合物が有するエポキシ基の少なくとも1つが脂環エポキシ基である、付記5に記載の硬化性組成物。
〔付記7〕
さらに、下記成分(D)を含有する、付記1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
成分(D):水素化グリシジルエーテル系エポキシ化合物
〔付記8〕
ウェハレベルレンズ用硬化性組成物である、付記1~7のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
〔付記9〕
付記1~8のいずれか1項に記載の硬化性組成物の硬化物。
〔付記10〕
付記8に記載の硬化性組成物の硬化物を含むウェハレベルレンズ。
〔付記11〕
付記10に記載のウェハレベルレンズを搭載した光学装置。
〔付記12〕
複数枚のウェハレベルレンズの積層体であって、該積層体を構成するウェハレベルレンズとして、付記10に記載のウェハレベルレンズを少なくとも有する積層ウェハレベルレンズ。
〔付記13〕
付記12に記載の積層ウェハレベルレンズを搭載した光学装置。
〔付記14〕
付記8に記載の硬化性組成物をキャスティング成型法又は射出成型法に付すことを含むウェハレベルレンズの製造方法。
〔付記15〕
前記キャスティング成型法が、下記工程をいずれも含む付記14に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
工程1a:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
工程2a:前記硬化性組成物を前記ウェハレベルレンズ成型用型に接触させる工程
工程3a:前記硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させる工程
〔付記16〕
前記キャスティング成型法が、さらに下記工程を含む付記15に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
工程4a:硬化した硬化性組成物をアニール処理する工程
〔付記17〕
前記キャスティング成型法が、さらに下記工程を含む付記15又は16に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
工程5a:硬化した硬化性組成物を切断する工程
〔付記18〕
前記射出成型法が、下記工程をいずれも含む付記14に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
工程1b:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
工程2b:前記硬化性組成物を前記ウェハレベルレンズ成型用型に射出する工程
工程3b:前記硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させる工程
〔付記19〕
前記射出成型法が、さらに下記工程を含む付記18に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
工程4b:硬化した硬化性組成物をアニール処理する工程
〔付記20〕
付記12に記載の積層ウェハレベルレンズの製造方法であって、下記工程をいずれも含む積層ウェハレベルレンズの製造方法。
工程1c:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
工程2c:付記8に記載の硬化性組成物を前記ウェハレベルレンズ成型用型に接触させる工程
工程3c:前記硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させてウェハレベルレンズシートを得る工程
工程4c:前記ウェハレベルレンズシートを含む複数枚のウェハレベルレンズシートを積層してウェハレベルレンズシート積層体を得る工程
工程5c:前記ウェハレベルレンズシート積層体を切断する工程
〔付記21〕
さらに、工程3cと工程4cの間に、下記工程を含む付記20に記載の積層ウェハレベルレンズの製造方法。
工程6c:前記ウェハレベルレンズシートをアニール処理する工程
本開示の硬化性組成物は、ウェハレベルレンズを得るために適した硬化性組成物(ウェハレベルレンズ用硬化性組成物)である。

Claims (21)

  1. 下記成分(A)、及び成分(B)を含む硬化性組成物。
    成分(A):脂環式エポキシ基を有し、且つエステル結合を有しない化合物
    成分(B):カチオン部と、ガリウム原子を含むアニオン部とからなるカチオン重合開始剤
  2. 成分(A)における脂環式エポキシ基を有し、且つエステル結合を有しない化合物が、下記式(a-1)で表される化合物である、請求項1に記載の硬化性組成物。
    Figure 2024025155000027
    [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(エステル結合を含む連結基を除く)を示す。]
  3. 成分(B)のアニオン部が、下記式(1)
    Figure 2024025155000028
    [式(1)中、Rは1価の炭化水素基又は1価のフッ化炭化水素基を示す。nは1~4の整数を示す。]
    で表されるアニオンである、請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
  4. 成分(B)のアニオン部が、下記式(2)
    Figure 2024025155000029
    [式(2)中、X1~X4は、同一又は異なって、0~5の整数を示し、X1~X4の全ての合計は1以上である。]
    で表されるアニオンである、請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
  5. さらに、下記成分(C)を含有する、請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
    成分(C):分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン化合物
  6. 成分(C)における分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン化合物が有するエポキシ基の少なくとも1つが脂環エポキシ基である、請求項5に記載の硬化性組成物。
  7. さらに、下記成分(D)を含有する、請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
    成分(D):水素化グリシジルエーテル系エポキシ化合物
  8. ウェハレベルレンズ用硬化性組成物である、請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
  9. 請求項1又は2に記載の硬化性組成物の硬化物。
  10. 請求項8に記載の硬化性組成物の硬化物を含むウェハレベルレンズ。
  11. 請求項10に記載のウェハレベルレンズを搭載した光学装置。
  12. 複数枚のウェハレベルレンズの積層体であって、該積層体を構成するウェハレベルレンズとして、請求項10に記載のウェハレベルレンズを少なくとも有する積層ウェハレベルレンズ。
  13. 請求項12に記載の積層ウェハレベルレンズを搭載した光学装置。
  14. 請求項8に記載の硬化性組成物をキャスティング成型法又は射出成型法に付すことを含むウェハレベルレンズの製造方法。
  15. 前記キャスティング成型法が、下記工程をいずれも含む請求項14に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
    工程1a:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
    工程2a:前記硬化性組成物を前記ウェハレベルレンズ成型用型に接触させる工程
    工程3a:前記硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させる工程
  16. 前記キャスティング成型法が、さらに下記工程を含む請求項15に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
    工程4a:硬化した硬化性組成物をアニール処理する工程
  17. 前記キャスティング成型法が、さらに下記工程を含む請求項15に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
    工程5a:硬化した硬化性組成物を切断する工程
  18. 前記射出成型法が、下記工程をいずれも含む請求項14に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
    工程1b:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
    工程2b:前記硬化性組成物を前記ウェハレベルレンズ成型用型に射出する工程
    工程3b:前記硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させる工程
  19. 前記射出成型法が、さらに下記工程を含む請求項18に記載のウェハレベルレンズの製造方法。
    工程4b:硬化した硬化性組成物をアニール処理する工程
  20. 下記工程をいずれも含む積層ウェハレベルレンズの製造方法。
    工程1c:1つ以上のレンズ型を有するウェハレベルレンズ成型用型を準備する工程
    工程2c:請求項8に記載の硬化性組成物を前記ウェハレベルレンズ成型用型に接触させる工程
    工程3c:前記硬化性組成物を加熱及び/又は光照射により硬化させてウェハレベルレンズシートを得る工程
    工程4c:前記ウェハレベルレンズシートを含む複数枚のウェハレベルレンズシートを積層してウェハレベルレンズシート積層体を得る工程
    工程5c:前記ウェハレベルレンズシート積層体を切断する工程
  21. さらに、工程3cと工程4cの間に、下記工程を含む請求項20に記載の積層ウェハレベルレンズの製造方法。
    工程6c:前記ウェハレベルレンズシートをアニール処理する工程
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