JP5957022B2 - 近赤外線吸収性組成物、これを用いた近赤外線カットフィルタおよびその製造方法、並びに、カメラモジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
近赤外線カットフィルタの材料として、特許文献1には、(メタ)アクリルアミドとリン酸との反応物又はその加水分解物と、エチレン性不飽和結合を有する化合物との共重合体に、金属化合物を添加してなる赤外線遮断性樹脂を含む赤外線遮断性フィルムが開示されている。
本発明は、硬化膜としたときに高い近赤外線遮蔽性を維持しつつ、耐湿性に優れた硬化膜を形成できる近赤外線吸収性組成物を提供することを目的とする。
具体的には、以下の手段<1>により、好ましくは、手段<2>〜<17>により、上記課題は解決された。
<1>銅化合物と、
下記式(1)で示される部分構造を有する化合物とを含有し、
銅化合物の含有量が、下記式(1)で示される部分構造を有する化合物1gに対して3×10-3〜1モルである、近赤外線吸収性組成物。
<2>(1)で示される部分構造を有する化合物の含有量が、近赤外線吸収性組成物中5〜80質量%である、<1>に記載の近赤外線吸収性組成物。
<3>銅化合物が銅錯体である、<1>または<2>に記載の近赤外線吸収性組成物。
<4>銅化合物が、スルホン酸およびカルボン酸を配位子とする銅錯体である、<1>〜<3>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物。
<5>式(1)で示される部分構造を有する化合物がポリマーである、<1>〜<4>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物。
<6>式(1)で示される部分構造を有する化合物がポリマーであり、ポリマーの側鎖に式(1)で示される部分構造を含有する、<5>に記載の近赤外線吸収性組成物。
<7>式(1)で示される部分構造を有する化合物が、下記式(1−1)〜(1−5)のいずれかで表される構造を有する、<1>〜<6>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物。
<8>式(1)で示される部分構造を有する化合物が式(1−1)で表される化合物である、<7>に記載の近赤外線吸収性組成物。
<9>硬化性化合物および溶剤をさらに含有する、<1>〜<8>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物。
<10>近赤外線吸収性組成物の固形分が35〜90質量%である、<1>〜<9>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物。
<11>固体撮像素子用イメージセンサ上に塗膜形成して用いられる、<1>〜<10>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物。
<12>銅化合物と、
下記式(1)’で示される部分構造を有し、かつ、アニオン性基を有しない化合物を含有する、近赤外線吸収性組成物。
<13>式(1)で示される部分構造を有する化合物が、エポキシ基またはオキセタニル基をさらに含有する、<1>〜<12>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物。
<14>式(1)で示される部分構造を有する化合物が、式(1)で示される部分構造を有する繰り返し単位とエポキシ基またはオキセタニル基を有する繰り返し単位を含む重合体である、<1>〜<13>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物。
<15><1>〜<14>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物を用いて作成された近赤外線カットフィルタ。
<16>固体撮像素子基板と、固体撮像素子基板の受光側に配置された<15>に記載の近赤外線カットフィルタとを有するカメラモジュール。
<17>固体撮像素子基板と、固体撮像素子基板の受光側に配置された近赤外線カットフィルタとを有するカメラモジュールの製造方法であって、固体撮像素子基板の受光側において、<1>〜<14>のいずれかに記載の近赤外線吸収性組成物を塗布することにより近赤外線カットフィルタを形成する工程を有する、カメラモジュールの製造方法。
本明細書中において、“(メタ)アクリレート”はアクリレートおよびメタクリレートを表し、“(メタ)アクリル”はアクリルおよびメタクリルを表し、“(メタ)アクリロイル”はアクリロイルおよびメタクリロイルを表す。また、本明細書中において、“単量体”と“モノマー”とは同義である。本発明における単量体は、オリゴマーおよびポリマーと区別され、重量平均分子量が2,000以下の化合物をいう。
本明細書中において、重合性化合物とは、重合性官能基を有する化合物のことをいい、単量体であっても、ポリマーであってもよい。重合性官能基とは、重合反応に関与する基をいう。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は置換基を有さない基(原子団)と共に置換基を有する基(原子団)をも包含するものである。
本発明における近赤外線とは、極大吸収波長領域が700〜2500nmの光(電磁波)をいう。
本発明は、近赤外線吸収性組成物中において、銅化合物と、式(1)で示される部分構造を有する化合物を配合することを特徴とする。このメカニズムは定かではないが、このような本発明の組成物とすることにより、銅化合物の構造が歪んで、可視領域は吸光せずに近赤外領域の吸光能力を向上させることが可能になると推定される。さらに、硬化膜としたときに高い近赤外線遮蔽性を維持しつつ、耐湿性に優れた硬化膜を形成できる。本発明の組成物によれば、可視領域では高い透過率を維持しつつ、高い近赤外線遮蔽性を実現できる近赤外線カットフィルタが得られる。また本発明によれば、近赤外線カットフィルタの膜厚を薄くでき、カメラモジュールの低背化に寄与できる。
本発明の近赤外線吸収性組成物は、銅化合物と、下記式(1)で示される部分構造を有する化合物とを含有し、前記銅化合物の含有量が、下記式(1)で示される部分構造を有する化合物1gに対して3×10-3〜1モルである。
本発明の近赤外線吸収性組成物は、銅化合物と、前記式(1)で示される部分構造を有する化合物とを含有し、前記銅化合物の含有量が、下記式(1)で示される部分構造を有する化合物1gに対して3×10-3〜1モルであることにより、硬化膜としたときに高い近赤外線遮蔽性を維持しつつ、耐湿性に優れた硬化膜を形成できる近赤外線吸収性組成物を提供することができる。
本発明に用いられる銅化合物における銅は、1価または2価の銅が好ましく、2価の銅がより好ましい。
本発明に用いられる銅化合物中の銅含有量は、好ましくは2〜40質量%であり、より好ましくは5〜40質量%である。
本発明で用いる銅化合物は、波長700nm〜1000nmの範囲内(近赤外線領域)に極大吸収波長を有する銅化合物であれば特に制限はない。
本発明で用いる銅化合物は、銅錯体であることが好ましい。
本発明で用いる銅化合物が銅錯体である場合、銅に配位する配位子Lとしては、銅イオンと配位結合可能であれば特に限定されないが、例えば、リン酸、リン酸エステル、ホスホン酸、ホスホン酸エステル、ホスフィン酸、置換ホスフィン酸、スルホン酸、カルボン酸、カルボニル(エステル、ケトン)、アミン、アミド、スルホンアミド、ウレタン、ウレア、アルコール、チオールなどを有する化合物が挙げられる。これらの中でも、リン酸、リン酸エステル、ホスホン酸、ホスホン酸エステル、ホスフィン酸、置換ホスフィン酸、スルホン酸が好ましく、リン酸エステル、ホスホン酸エステル、置換ホスフィン酸、スルホン酸がより好ましい。また、銅化合物がスルホン酸およびカルボン酸を配位子とする銅錯体であることも好ましい。
本発明で用いる銅化合物の具体例としては、リン含有銅化合物、スルホン酸銅化合物または下記式(A)で表される銅化合物が挙げられる。また、銅化合物の具体例としては、リン含有銅錯体、スルホン酸銅錯体およびカルボン酸銅錯体も挙げられる。リン含有銅化合物として具体的には、例えば、WO2005/030898号公報の第5頁第27行目〜第7頁第20行目に記載された化合物を参酌することができ、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
Cu(L)n1・(X)n2 式(A)
上記式(A)中、Lは、銅に配位する配位子を表し、Xは、存在しないか、ハロゲン原子、H2O、NO3、ClO4、SO4、CN、SCN、BF4、PF6、BPh4(Phはフェニル基を表す)又はアルコールを表す。n1、n2は、各々独立に1〜4の整数を表す。
配位子Lは、銅に配位可能な原子としてC、N、O、Sを含む置換基を有するものであり、さらに好ましくはNやO、Sなどの孤立電子対を持つ基を有するものである。配位可能な基は分子内に1種類に限定されず、2種以上を含んでも良く、解離しても非解離でも良い。非解離の場合、Xは存在しない。
一般式(i)中、n価の有機基は、炭化水素基またはオキシアルキレン基が好ましく、脂肪族炭化水素基または芳香族炭化水素基がより好ましい。炭化水素基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)、(メタ)アクリロイル基、不飽和二重結合を有する基が挙げられる。また、置換基としては、アルキル基、重合性基(例えば、ビニル基、エポキシ基、オキセタン基など)、スルホン酸基、カルボン酸基、リン原子を含有する酸基、カルボン酸エステル基(例えば−CO2CH3)、水酸基、アルコキシ基(例えばメトキシ基)、アミノ基、カルバモイル基、カルバモイルオキシ基、ハロゲン化アルキル基(例えばフルオロアルキル基、クロロアルキル基)等も挙げられる。炭化水素基が置換基を有する場合、さらに置換基を有していてもよく、置換基としてはアルキル基、上記重合性基、ハロゲン原子等が挙げられる。
上記炭化水素基が1価の場合、アルキル基またはアリール基が好ましく、アリール基がより好ましい。また、上記炭化水素基が1価の場合、アルケニル基であってもよい。炭化水素基が2価の場合、アルキレン基、アリーレン基、オキシアルキレン基が好ましく、アリーレン基がより好ましい。炭化水素基が3価以上の場合には、上記1価の炭化水素基または2価の炭化水素基に対応するものが好ましい。
上記アルキル基及びアルキレン基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましい。アルキル基及びアルキレン基は、直鎖状、分岐状または環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルキル基及びアルキレン基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜8がさらに好ましい。分岐状のアルキル基及びアルキレン基の炭素数は、3〜20が好ましく、3〜12がより好ましく、3〜8がさらに好ましい。環状のアルキル基及びアルキレン基は、単環、多環のいずれであってもよい。環状のアルキル基及びアルキレン基の炭素数は、3〜20が好ましく、4〜10がより好ましく、6〜10がさらに好ましい。
アルケニル基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜8がより好ましく、2〜4がさらに好ましい。
上記アリール基及びアリーレン基の炭素数は、6〜18が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜12がさらに好ましく、6〜10が特に好ましい。
一般式(i)中、X1は、スルホン酸基、カルボン酸基およびリン原子を含有する酸基のうちの少なくとも1つが好ましく、スルホン酸基及びカルボン酸基を有するものが好ましい。X1は、1種単独でも2種以上であってもよいが、2種以上であることが好ましい。
一般式(i)中、nは、1〜3が好ましく、2または3がより好ましく、3がさらに好ましい。
上記配位子となる化合物またはその塩(酸基またはその塩を含有する化合物)の分子量は、1000以下が好ましく、70〜1000が好ましく、130〜500がより好ましい。
(1)スルホン酸基、カルボン酸基およびリン原子を含有する酸基のうち少なくとも1種を有する化合物の具体例としては以下のものが挙げられる。また、スルホン酸基を有する化合物の具体例としては、後述するスルホン酸化合物の具体例も挙げられる。また、後述する態様(2)、(3)に記載の化合物のうち、本態様に該当する化合物も好ましい例として挙げられる。
<<リン含有銅錯体>>
リン含有銅錯体としては、錯体の配位子としてリン化合物を含有する配位子を有していれば、特に制限されないが、リン酸銅錯体、リン酸エステル銅錯体、ホスホン酸銅錯体、ホスホン酸エステル銅錯体、ホスフィン酸銅錯体、置換ホスフィン酸銅錯体であることが好ましく、リン酸エステル銅錯体、ホスホン酸エステル銅錯体、置換ホスフィン酸銅錯体であることがより好ましい。
リン酸エステル銅錯体は、銅を中心金属としリン酸エステル化合物を配位子とするものである。
配位子Lを形成するリン酸エステル化合物としては下記式(B)で表される化合物がより好ましい。
(HO)n−P(=O)−(OR2)3-n 式(B)
上記式(B)中、R2は有機基を示し、nは1または2を表す。
(式中、R2は炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数1〜18のアラルキル基、または炭素数1〜18のアルケニル基を表すか、−OR2が、炭素数4〜100のポリオキシアルキル基、炭素数4〜100の(メタ)アクリロイルオキシアルキル基、または、炭素数4〜100の(メタ)アクリロイルポリオキシアルキル基を表し、nは1または2を表す。)
nが1のとき、R2はそれぞれ同一でもよいし、異なっていてもよい。
前記式(C)中の、R1、R2は、各々独立に1価の有機基または2価の有機基を示し、環状構造を形成してもよいを示す。1価の有機基としては、炭素数が3以上の有機基が好ましく、炭素数5以上の有機基がより好ましく、炭素数5〜20の有機基がさらに好ましい。
また、前記式(C)において、R1およびR2同士が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。この場合、1価の有機基は、R1、R2はいずれも2価の有機基となる。結合した環状構造を含む基(2価の有機基)の炭素原子の合計数は3以上であり、炭素数5以上が好ましく、炭素数5〜20の有機基がより好ましい。
具体的な1価の有機基としては、特に限定されないが、直鎖状、分岐状または環状のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を挙げることができる。ここで、これらの基は、2価の連結基(例えば、直鎖状、分岐状または環状のアルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−SO2−、−NR−(Rは水素原子あるいはアルキル基)など)を介した基であってもよい。また1価の有機基は置換基を有していてもよい。
環状のアルキル基は、単環、多環のいずれであってもよい。環状のアルキル基としては、炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましく、炭素数4〜10のシクロアルキル基がより好ましく、炭素数6〜10のシクロアルキル基がさらに好ましい。
アリール基としては、炭素数6〜18のアリール基が好ましく、炭素数6〜14のアリール基がより好ましく、炭素数6〜10のアリール基がさらに好ましい。
ヘテロアリール基としては、5員環または6員環が好ましい。また、ヘテロアリール基は、単環または縮合環であり、単環または縮合数が2〜8の縮合環が好ましく、単環または縮合数が2〜4の縮合環がより好ましい。
具体的には、窒素、酸素、硫黄原子の少なくとも一つを含有する単環、または多環芳香族環から誘導されるヘテロアリール基が用いられる。ヘテロアリール基中のヘテロアリール環の例としては、例えば、オキゾール環、チオフェン環、チアスレン環、フラン環、ピラン環、イソベンゾフラン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサジン環、ピロール環、ピラゾール環、イソチアゾール環、イソオキサゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、イソインドリジン環、インドール環、インダゾール環、プリン環、キノリジン環、イソキノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キナゾリン環、シノリン環、プテリジン環、カルバゾール環、カルボリン環、フェナンスリン環、アクリジン環、ペリミジン環、フェナンスロリン環、フタラジン環、フェナルザジン環、フェノキサジン環、フラザン環等が挙げられる。
式(D)中、R1およびR2は、前記式(C)中におけるR1およびR2と同義であり、好ましい範囲も同様である。
前記式(C)で表されるリン酸エステル化合物の分子量は、200〜1000が好ましく、250〜750がより好ましく、300〜500がさらに好ましい。
本発明で用いられるリン酸エステル銅錯体は、銅を中心金属としホスホン酸エステル化合物を配位子とするものであってもよい。
配位子Lを形成するホスホン酸エステル化合物としては下記式(E)で表される化合物がより好ましい。
式(E)で表される化合物およびその塩は、銅に配位する配位子として作用する。
直鎖状または分枝状のアルキル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素数1〜10のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜8のアルキル基がさらに好ましい。
環状のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基としては、前記式(C)中の環状のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基と同義であり、好ましい範囲も同様である。
アルケニル基としては、炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、炭素数2〜8のアルケニル基がより好ましく、炭素数2〜4のアルケニル基がさらに好ましい。具体的には、ビニル基、1−プロペニル基、1−ブテニル基などが例示される。
2価の連結基である直鎖状、分枝状または環状のアルキレン基、アリーレン基、あるいはヘテロアリーレン基としては、前記式(C)で記載したものが挙げられる。
また、1価の有機基が有していてもよい置換基としては、前記式(C)で記載したものが挙げられる。
前記式(F)中、R3およびR4は、前記式(E)中におけるR3およびR4と同義であり、好ましい範囲も同様である。
前記式(E)で表されるホスホン酸エステル化合物の分子量は、200〜1000が好ましく、250〜750がより好ましく、300〜500がさらに好ましい。
本発明で用いられる置換ホスフィン酸銅錯体は、銅を中心金属とし置換ホスフィン酸化合物を配位子とするものである。配位子Lを形成する置換ホスフィン酸化合物としては下記式(G)で表される化合物がより好ましい。
式(G)中の、R5およびR6は、各々独立に1価の有機基を示す。具体的な1価の有機基としては、特に限定されないが、直鎖状、分岐状または環状のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を挙げることができる。ここで、これらの基は、途中に2価の連結基(例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−SO2−、−NR−(Rは水素原子あるいはアルキル基)など)を介した基であってもよい。また1価の有機基は置換基を有していてもよい。
直鎖状または分岐状のアルキル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素数1〜10のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜8のアルキル基がさらに好ましい。具体的には、メチル基、n−ブチル基、2−エチルヘキシル基などが例示される。
環状のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基は、前記式(C)中の環状のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基と同義であり、好ましい範囲も同様である。
2価の連結基である直鎖状、分岐状または環状のアルキレン基、アリーレン基、あるいはヘテロアリーレン基としては、前記式(C)で記載したものが挙げられる。
1価の有機基が有していてもよい置換基としては、前記式(C)で記載したものが挙げられる。
前記式(H)中、R5およびR6は、前記式(G)中におけるR5およびR6と同義であり、好ましい範囲も同様である。
前記式(G)で表される置換ホスフィン酸化合物の分子量は、50〜750が好ましく、50〜500がより好ましく、80〜300がさらに好ましい。
置換ホスフィン酸化合物の具体例を以下に示す。
上述した銅成分としては、銅または銅を含む化合物を用いることができる。銅を含む化合物としては、例えば、酸化銅や銅塩を用いることができる。銅塩は、1価または2価の銅が好ましく、2価の銅がより好ましい。銅塩としては、酢酸銅、塩化銅、ギ酸銅、ステアリン酸銅、安息香酸銅、エチルアセト酢酸銅、ピロリン酸銅、ナフテン酸銅、クエン酸銅、硝酸銅、硫酸銅、炭酸銅、塩素酸銅、(メタ)アクリル酸銅、過塩素酸銅がより好ましく、酢酸銅、塩化銅、硫酸銅、安息香酸銅、(メタ)アクリル酸銅がさらに好ましい。
本発明に用いられるリン含有化合物は、例えば、公知の方法を参照して、合成することができる。
例えば、前記リン酸エステル化合物は、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、フェニルリン酸エステルおよび1,3,5−トリイソプロピルスルホン酸クロリドをピリジン溶媒中で反応させることにより得ることができる。
本発明で用いられるリン含有化合物の塩としては、例えば金属塩が好ましく、具体的には、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、ホウ酸塩等が挙げられる。
銅成分と、上述したリン含有化合物またはその塩とを反応させる際の反応比率としては、モル比率で1:1.5〜1:4とすることが好ましい。
また、銅成分と、上述したリン含有化合物またはその塩とを反応させる際の反応条件は、例えば、20〜50℃で、0.5時間以上とすることが好ましい。
また、本発明のリン含有銅錯体は、グラム吸光度が0.04以上(g/mL)であることが好ましく、0.06以上(g/mL)であることがより好ましく、0.08以上(g/mL)であることがさらに好ましい。
グラム吸光度は、例えば、Cary 5000 UV−Vis−NIR(分光光度計 アジレント・テクノロジー株式会社製)装置を用いて算出することができる。
本発明で用いられるスルホン酸銅錯体は、銅を中心金属としスルホン酸化合物を配位子とするものである。
配位子としてのスルホン酸化合物としては、下記式(I)で表される化合物がより好ましい。
式(I)
式(I)で表されるスルホン酸およびその塩は、銅に配位する配位子として作用する。
一般式(I)中のR7の具体的な1価の有機基としては、炭化水素基を挙げることができ、具体的には直鎖状、分岐状または環状のアルキル基、アルケニル基、アリール基を挙げることができる。ここで、これらの基は、2価の連結基(例えば、直鎖状または分岐状のアルキレン基、環状のアルキレン基(シクロアルキレン基)、アリーレン基、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−SO2−、−NR−(Rは水素原子あるいはアルキル基)など)を介した基であってもよい。また1価の有機基は置換基を有していてもよい。
直鎖状または分岐状のアルキル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素数1〜12のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜8のアルキル基がさらに好ましい。
環状のアルキル基は、単環、多環のいずれであってもよい。環状のアルキル基としては、炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましく、炭素数4〜10のシクロアルキル基がより好ましく、炭素数6〜10のシクロアルキル基がさらに好ましい。アルケニル基としては、炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、炭素数2〜8のアルケニル基がより好ましく、炭素数2〜4のアルケニル基がさらに好ましい。
アリール基としては、炭素数6〜18のアリール基が好ましく、炭素数6〜14のアリール基がより好ましく、炭素数6〜10のアリール基がさらに好ましい。
前記式(I)で表されるスルホン酸化合物の分子量は、80〜750が好ましく、80〜600がより好ましく、80〜450がさらに好ましい。
また、本発明のスルホン酸銅錯体は、下記式(J)で表される構造を含有する。
前記式(J)中、R8は、前記式(I)中におけるR7と同義であり、好ましい範囲も同様である。
上述した銅成分としては、上述したリン含有銅錯体と同義であり、好ましい範囲も同様である。
本発明に用いられるスルホン酸化合物は、市販のスルホン酸を用いることもできるし、公知の方法を参照して、合成することもできる。
本発明で用いられるスルホン酸化合物の塩としては、例えば金属塩が好ましく、具体的には、ナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられる。
銅成分と、上述したスルホン酸化合物またはその塩とを反応させる際の反応比率としては、モル比率で1:1.5〜1:4とすることが好ましい。この際、スルホン酸化合物またはその塩は、1種類でも良いし、2種類以上を用いても良い。
また、銅成分と、上述したスルホン酸化合物またはその塩とを反応させる際の反応条件は、例えば、20〜50℃で、0.5時間以上とすることが好ましい。
本発明のスルホン酸銅錯体の極大吸収波長およびグラム吸光度については、上述したリン含有銅錯体と同義であり、好ましい範囲も同様である。
本発明で用いられる銅化合物としては、上述したもの以外に、カルボン酸エステルを配位子とする銅化合物を用いてもよい。なお、本発明がこれらに限定されるものではないことは言うまでもない。例えば、下記式(K)で表される化合物が好ましい。
式(K)中、R1は1価の有機基を表す。1価の有機基としては、特に限定されないが、例えば、上述した式(C)中の1価の有機基と同義である。また、1価の有機基は、一般式(I)中の1価の有機基R7と同義であってもよく、その好ましい範囲も同様であってもよい。
本発明の銅錯体における銅は通常2価の銅であり、例えば銅成分(銅または銅を含む化合物)に対して、上述した配位子となる化合物またはその塩を混合・反応等させて得ることができる。ここで、本発明の組成物中から銅成分と配位子となる化合物構造を検出できれば、本発明の組成物中において銅錯体が形成されているといえる。例えば、本発明の組成物中から銅とリン酸エステル化合物を検出する方法としては、ICP発光分析法が挙げられ、この方法によって銅とリン酸エステル化合物を検出することができる。
本発明の組成物中の銅錯体の配合量は、本発明の組成物に対し、5〜60質量%の割合で銅錯体を含有することが好ましく、より好ましくは10〜40質量%である。
銅錯体の、本発明の組成物中の固形分中の配合量は、30〜90質量%が好ましく、35〜85質量%がより好ましく、40〜80質量%がさらに好ましい。
本発明の組成物は、上述した銅化合物以外の他の近赤外線吸収性化合物として、無機微粒子を含んでいてもよい。無機微粒子は、1種のみを用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
無機微粒子は、主に、赤外線を遮光(吸収)する役割を果たす粒子である。無機微粒子としては、赤外線遮光性がより優れる点で、金属酸化物粒子及び金属粒子からなる群から選択される少なくとも1つであることが好ましい。
無機微粒子としては、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)粒子、酸化アンチモンスズ(ATO)粒子、アルミニウムによりドープされていてもよい酸化亜鉛(AlによりドープされてもよいZnO)粒子、フッ素ドープ二酸化スズ(FドープSnO2)粒子、又はニオブドープ二酸化チタン(NbドープTiO2)粒子などの金属酸化物粒子や、銀(Ag)粒子、金(Au)粒子、銅(Cu)粒子、又はニッケル(Ni)粒子などの金属粒子が挙げられる。なお、赤外線遮光性とフォトリソ性とを両立するためには、露光波長(365−405nm)の透過率が高い方が望ましく、酸化インジウムスズ(ITO)粒子又は酸化アンチモンスズ(ATO)粒子が好ましい。
無機微粒子の形状は特に制限されず、球状、非球状を問わず、シート状、ワイヤー状、チューブ状であってもよい。
また無機微粒子としては酸化タングステン系化合物が使用でき、具体的には、下記一般式(組成式)(I)で表される酸化タングステン系化合物であることがより好ましい。
MxWyOz・・・(I)
Mは金属、Wはタングステン、Oは酸素を表す。
0.001≦x/y≦1.1
2.2≦z/y≦3.0
Mの金属としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Sn、Pb、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Biが挙げられるが、アルカリ金属であることが好ましく、Rb又はCsであることが好ましく、Csであることがより好ましい。Mの金属は1種でも2種以上でも良い。
x/yが0.001以上であることにより、赤外線を十分に遮蔽することができ、1.1以下であることにより、酸化タングステン系化合物中に不純物相が生成されることをより確実に回避することできる。
z/yが2.2以上であることにより、材料としての化学的安定性をより向上させることができ、3.0以下であることにより赤外線を十分に遮蔽することができる。
金属酸化物は、セシウム酸化タングステンであることが好ましい。
上記一般式(I)で表される酸化タングステン系化合物の具体例としては、Cs0.33WO3、Rb0.33WO3、K0.33WO3、Ba0.33WO3などを挙げることができ、Cs0.33WO3又はRb0.33WO3であることが好ましく、Cs0.33WO3であることが更に好ましい。
金属酸化物は微粒子であることが好ましい。金属酸化物の微粒子の平均粒子径は、800nm以下であることが好ましく、400nm以下であることがより好ましく、200nm以下であることが更に好ましい。平均粒子径がこのような範囲であることによって、金属酸化物が光散乱によって可視光を遮断しにくくなることから、可視光領域における透光性をより確実にすることができる。光酸乱を回避する観点からは、平均粒子径は小さいほど好ましいが、製造時における取り扱い容易性などの理由から、金属酸化物の平均粒子径は、通常、1nm以上である。
酸化タングステン系化合物は、例えば、住友金属鉱山株式会社製のYMF−02などのタングステン微粒子の分散物として入手可能である。
金属酸化物の含有量は、金属酸化物を含有する組成物の全固形分質量に対して、0.01〜30質量%であることが好ましく、0.1〜20質量%であることがより好ましく、1〜10質量%であることがさらに好ましい。
本発明の近赤外線吸収性組成物は、前記式(1)で示される部分構造、すなわち、−C(=O)NR1−(R1は水素原子または有機基を表す。)を有する化合物を含有する。このような部分構造を有する化合物を配合することにより、本発明の近赤外線吸収性組成物を硬化膜としたときに近赤外線遮蔽性を向上させ、耐湿性を向上させることができる。
このような有機基の具体例としては、−OR’、−SR’、またはこれらの基と−(CH2)m−(mは1〜10の整数)、炭素数5〜10の環状のアルキレン基、−O−、−CO−、−COO−および−NH−の少なくとも1つとの組み合わせからなるものが好ましい。ここで、R’は、水素原子、炭素数が1〜10の直鎖、炭素数が3〜10の分岐または環状のアルキル基(好ましくは炭素数1〜7の直鎖、炭素数3〜7の分岐または環状のアルキル基)、炭素数が6〜10のアリール基、または、炭素数が6〜10のアリール基と炭素数が1〜10のアルキレン基との組み合わせからなる基が好ましい。
また、前記式(1)中、R1とCとが結合して環構造(ヘテロ環構造)を形成していてもよい。ヘテロ環構造中におけるヘテロ原子は、前記式(1)中の窒素原子である。ヘテロ環構造は、5または6員環構造が好ましく、5員環構造がより好ましい。ヘテロ環構造は、縮合環であってもよいが、単環が好ましい。
特に好ましいR1の具体例としては、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、−OR’(R’は炭素数が1〜5の直鎖のアルキル基)と−(CH2)m−(mは1〜10の整数、好ましくはmは1〜5の整数)との組み合わせからなる基、前記式(1)中のR1とCとが結合してヘテロ環構造(好ましくは5員環構造)を形成した基が挙げられる。
前記式(1−3)〜(1−5)中、L1〜L4は二価の連結基を表す。二価の連結基としては、−(CH2)m−(mは1〜10の整数)、炭素数5〜10の環状のアルキレン基、−O−、−CO−、−COO−および−NH−の少なくとも1つとの組み合わせからなるものが好ましく、−(CH2)m−(mは1〜8の整数)であることがより好ましい。
前記式(1−3)〜(1−5)中、R8〜R14はそれぞれ独立して水素原子または有機基を表す。有機基としては、炭化水素基、具体的にはアルキル基またはアルケニル基であることが好ましい。
アルキル基は、置換されていてもよい。また、アルキル基は、鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよいが、直鎖状または環状のものが好ましい。アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素数1〜8のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜6のアルキル基がより好ましい。
アルケニル基は、置換されていてもよい。アルケニル基としては、炭素数1〜10のアルケニル基が好ましく、炭素数1〜4のアルケニル基がより好ましく、ビニル基が特に好ましい。
置換基としては、例えば、重合性基、ハロゲン原子、アルキル基、カルボン酸エステル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイルオキシ基、エーテル基、スルホニル基、スルフィド基、アミド基、アシル基、ヒドロキシ基、カルボキシル基などが例示される。これらの置換基の中でも、重合性基(例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイルオキシ基)、(メタ)アクリロイル基、エポキシ基、アジリジニル基など)が好ましく、ビニル基がより好ましい。)
また、前記式(1)で示される部分構造を有する化合物がポリマーである場合、ポリマーの側鎖に前記部分構造を含有することが好ましい。
前記(1)で示される部分構造を有する化合物の含有量は、本発明の組成物中5〜80質量%であることが好ましく、10〜60質量%であることがより好ましい。
ポリビニルピロリドンとしては、商品名K−30、K−85、K−90、K−30W、K−85W、K−90W(日本触媒社製)が使用できる。
ポリアミド樹脂としては、例えば、ωアミノ酸の重合で合成される所謂「n−ナイロン」やジアミンとジカルボン酸の共重合で合成される所謂「n,m−ナイロン」が挙げられる。中でも、親水性付与の観点から、ジアミンとジカルボン酸の共重合体が好ましく、ε−カプロラクタムとジカルボン酸との反応生成物がより好ましい。
親水性化合物としては、親水性含窒素環状化合物、ポリアルキレングリコール等が挙げられる。
ここで、親水性含窒素環状化合物とは、側鎖または主鎖に第3級アミン成分を有する化合物であって、例えばアミノエチルピペラジン、ビスアミノプロピルピペラジン、α-ジメチルアミノεカプロラクタム等が挙げられる。
一方、ポリアミド樹脂と親水性化合物とが共重合した化合物には、ポリアミド樹脂の主鎖に、例えば、親水性含窒素環状化合物およびポリアルキレングリコールからなる群より選択される少なくとも一つが共重合されている。このため、ポリアミド樹脂のアミド結合部の水素結合能力は、N−メトキシメチル化ナイロンに対して大きい。
ポリアミド樹脂と親水性化合物とが共重合した化合物の中でも、1)ε−カプロラクタムと親水性含窒素環状化合物とジカルボン酸との反応生成物、及び、2)ε−カプロラクタムとポリアルキレングリコールとジカルボン酸との反応生成物が好ましい。
これらは、例えば東レファインテック(株)より「AQナイロン」という商標で市販されている。ε−カプロラクタムと親水性含窒素環状化合物とジカルボン酸との反応生成物は、東レファインテック(株)製AQナイロンA−90として入手可能であり、ε−カプロラクタムとポリアルキレングリコールとジカルボン酸との反応生成物は、東レファインテック(株)製AQナイロンP−70として入手可能である。 AQナイロンA−90 P−70 P−95 T−70(東レ社製)が使用できる。
架橋基を有する繰り返し単位を含む重合体を用いる場合、溶剤を除いた本発明の組成物の全固形分に対して10〜75質量%、より好ましくは20〜65質量%、特に好ましくは20〜60質量%の範囲とすることが好ましい。
本発明の近赤外線吸収性組成物は、銅化合物と、下記式(1)’で示される部分構造を有し、かつ、アニオン性基を有しない化合物を含有する近赤外線吸収性組成物であってもよい。
前記式(1)’中、R2は水素原子または有機基を表す。有機基は、前記式(1)中のR1と同義であり、好ましい範囲も同様である。
アニオン性基としては、例えば銅と錯体を形成し得る酸基、具体的には、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基等が挙げられる。特に、前記式(1)’で示される部分構造を有し、かつ、アニオン性基を有しない化合物としては、スルホン酸基およびリン酸基を有しない化合物であることが好ましい。
例えば、前記式(1)’で示される部分構造を有し、かつ、アニオン性基を有しない化合物としては、上述した前記式(1)で示される部分構造を有する化合物が好ましい。
アニオン性基を有する化合物を用いると、銅化合物の添加量を多くしたときに、銅化合物とアニオン性基とが錯体を形成してしまう結果、近赤外線吸収性組成物を用いて薄膜を形成することが困難になってしまう。そのため、銅化合物の添加量を多くすることができず、硬化膜としたときに高い近赤外線遮蔽性を維持しつつ、耐湿性に優れた硬化膜を形成できる近赤外線吸収性組成物が得られなくなってしまう。
本発明の組成物は、溶剤を含んでいてもよい。溶剤は1種類のみでも、2種類以上でもよい。本発明の組成物は、近赤外線吸収性組成物の固形分が35〜90質量%であることが好ましく、38〜80質量%であることがより好ましい。すなわち、溶剤は、本発明の組成物に対し10〜65質量%の割合で含むことが好ましく、本発明の組成物に対し20〜62質量%含まれることがより好ましく、本発明の組成物に対し30〜60質量%含まれることが特に好ましい。
また、本発明の組成物は、水または水系溶媒を含んでいてもよい。水または水系溶媒は1種類のみでも、2種類以上でもよい。本発明の組成物は、近赤外線吸収性組成物の固形分が10〜80質量%であることが好ましく、15〜70質量%であることがより好ましい。すなわち、水または水系溶媒は、本発明の組成物に対し20〜90質量%含むことが好ましく、本発明の組成物に対し30〜85質量%含まれることがより好ましい。
本発明で用いられる溶剤は、特に制限はなく、本発明の組成物の各成分を均一に溶解或いは分散しうるものであれば、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、アルコール類などの水系溶媒が好適に挙げられる。また、その他、本発明で用いられる溶剤は、有機溶剤、ケトン類、エステル類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、およびジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキサイド、スルホラン等が好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。この場合、特に好ましくは、上記の3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートから選択される2種以上で構成される混合溶液である。
アルコール類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類の具体例としては、特開2012−194534号公報段落0136等に記載のものが挙げられ、この内容は本願明細書に組み込まれる。また、エステル類、ケトン類、エーテル類の具体例としては、特開2012−208494号公報段落0497(対応する米国特許出願公開第2012/0235099号明細書の[0609])に記載のものが挙げられ、さらに、酢酸−n−アミル、プロピオン酸エチル、フタル酸ジメチル、安息香酸エチル、硫酸メチル、アセトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどが挙げられる。
本発明の組成物は、硬化性化合物を含むことが好ましい。しかしながら、銅錯体自体が重合性基を有する硬化性化合物の場合には、必ずしも必要ではない。硬化性化合物としては、重合性化合物であってもよいし、バインダー等の非重合性化合物であってもよい。また、硬化性化合物としては、熱硬化性化合物であってもよいし、光硬化性化合物であってもよいが、熱硬化性組成物の方が反応率が高いため好ましい。
硬化性組成物としては、重合性基を有する化合物(以下、「重合性化合物」ということがある)を含むことが好ましい。このような化合物群は当該産業分野において広く知られているものであり、本発明においてはこれらを特に限定なく用いることができる。これらは、例えば、モノマー、オリゴマー、プレポリマー、ポリマーなどの化学的形態のいずれであってもよい。
重合性化合物は、単官能であっても多官能であってもよいが、好ましくは、多官能である。多官能化合物を含むことにより、近赤外線遮蔽性および耐熱性をより向上させることができる。官能基の数は特に定めるものではないが、2〜8官能が好ましい。
(1)本発明の組成物に含有される硬化性化合物が(メタ)アクリレートである。
(2)本発明の組成物に含有される硬化性化合物が多官能の(メタ)アクリレートである。
(3)本発明の組成物に含有される硬化性化合物が3〜6官能の(メタ)アクリレートである。
(4)本発明の組成物に含有される硬化性化合物が多塩基酸変性アクリルオリゴマーである。
(5)本発明の組成物に含有される硬化性化合物がエポキシ樹脂である。
(6)本発明の組成物に含有される硬化性化合物が多官能のエポキシ樹脂である。
本発明の組成物の第一の好ましい実施態様は、重合性化合物として、重合性基を有するモノマー(重合性モノマー)または重合性基を有するオリゴマー(重合性オリゴマー)(以下、重合性モノマーと重合性オリゴマーを合わせて「重合性モノマー等」ということがある。)を含む。
これらの具体的な化合物としては、特開2009−288705号公報の段落番号0095〜段落番号0108に記載されている化合物を本発明においても好適に用いることができる。
その例としては、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、等の単官能のアクリレートやメタアクリレート;
ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオール(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリ(アクリロイロキシエチル)イソシアヌレート、グリセリンやトリメチロールエタン等の多官能アルコールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加させた後(メタ)アクリレート化したもの、
特公昭48−41708号、特公昭50−6034号、特開昭51−37193号各公報に記載されているようなウレタン(メタ)アクリレート類、特開昭48−64183号、特公昭49−43191号、特公昭52−30490号各公報に記載されているポリエステルアクリレート類、エポキシポリマーと(メタ)アクリル酸との反応生成物であるエポキシアクリレート類等の多官能のアクリレートやメタアクリレートおよびこれらの混合物を挙げることができる。
重合性化合物としては、多官能カルボン酸にグリシジル(メタ)アクリレート等の環状エーテル基とエチレン性不飽和基を有する化合物を反応させ得られる多官能(メタ)アクリレートなども挙げることができる。
また、その他の好ましい重合性モノマー等として、特開2010−160418、特開2010−129825、特許4364216等に記載される、フルオレン環を有し、エチレン性重合性基を2官能以上有する化合物、カルドポリマーも使用することが可能である。
また、常圧下で100℃以上の沸点を有し、少なくとも一つの付加重合可能なエチレン性不飽和基を持つ化合物としては、特開2008−292970号公報の段落番号[0254]〜[0257]に記載の化合物も好適である。
また、特開平10−62986号公報において一般式(1)および(2)としてその具体例と共に記載の、前記多官能アルコールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加させた後に(メタ)アクリレート化した化合物も、重合性モノマーとして用いることができる。
nは0〜5が好ましく、1〜3がより好ましい。
mは1〜5が好ましく、1〜3がより好ましい。
Rは、以下の四つの構造が好ましい。
例えば、RP−1040(日本化薬株式会社製)などが挙げられる。
酸基を有する多官能モノマーの好ましい酸価としては、0.1〜40mg−KOH/gであり、特に好ましくは5〜30mg−KOH/gである。異なる酸基の多官能モノマーを2種以上併用する場合、或いは酸基を有しない多官能モノマーを併用する場合、全体の多官能モノマーとしての酸価が上記範囲に入るように調製することが好ましい。
カプロラクトン変性構造を有する多官能性単量体としては、その分子内にカプロラクトン変性構造を有する限り特に限定されるものではない。例えば、カプロラクトン変性構造を有する多官能性単量体としては、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、グリセリン、ジグリセロール、トリメチロールメラミン等の多価アルコールと、(メタ)アクリル酸およびε−カプロラクトンとをエステル化することにより得られる、ε−カプロラクトン変性多官能(メタ)アクリレートを挙げることができる。なかでも下記式(1)で表されるカプロラクトン変性構造を有する多官能性単量体が好ましい。
本発明において、カプロラクトン変性構造を有する多官能性単量体は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記一般式(i)中、アクリロイル基およびメタクリロイル基の合計は3個または4個であり、mは各々独立に0〜10の整数を表し、各mの合計は0〜40の整数である。但し、各mの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシル基である。
前記一般式(ii)中、アクリロイル基およびメタクリロイル基の合計は5個または6個であり、nは各々独立に0〜10の整数を表し、各nの合計は0〜60の整数である。但し、各nの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシル基である。
前記一般式(ii)中、nは、0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましい。また、各nの合計は、3〜60の整数が好ましく、3〜24の整数がより好ましく、6〜12の整数が特に好ましい。
また、一般式(i)または一般式(ii)中の−((CH2)yCH2O)−または((CH2)yCH(CH3)O)−は、酸素原子側の末端がXに結合する形態が好ましい。
具体的には、下記式(a)〜(f)で表される化合物(以下、「例示化合物(a)〜(f)」ともいう。)が挙げられ、中でも、例示化合物(a)、(b)、(e)、(f)が好ましい。
重合性モノマー等の市販品としては、ウレタンオリゴマーUAS−10、UAB−140(山陽国策パルプ社製)、UA−7200」(新中村化学社製、DPHA−40H(日本化薬社製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社製)などが挙げられる。
本発明の組成物の第二の好ましい態様は、重合性化合物として、側鎖に重合性基を有するポリマーを含む態様である。
重合性基としては、エチレン性不飽和二重結合基、エポキシ基やオキセタニル基が挙げられる。
後者は、後述のエポキシ基またはオキセタニル基を有する化合物の欄にてまとめて述べる。
もよいアルキル基などが挙げられ、なかでも、水素原子、メチル基が、ラジカル反応性が高いことから好ましい。R10、R11としては、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、ジアルキルアミノ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、スルホ基、ニトロ基、シアノ基、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基などが挙げられ、なかでも、水素原子、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アルキル基、アリール基がラジカル反応性が高いことから好ましい。
本願における酸基とは、pKaが14以下の解離性基を有するものであり、具体的には例えば、−COOH、−SO3H、−PO3H2、−OSO3H、−OPO2H2、−PhOH、−SO2H、−SO2NH2、−SO2NHCO−、−SO2NHSO2−等が挙げられ、
なかでも−COOH、−SO3H、−PO3H2が好ましく、−COOHがさらに好ましい。
R4〜R6はそれぞれ独立に、1価の置換基を表す。R4としては、水素原子または置換基を更に有してもよいアルキル基などが挙げられ、中でも、水素原子、メチル基、エチル基が好ましい。R5、R6としては、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルコキシカルボニル基、スルホ基、ニトロ基、シアノ基、置換基を更に有してもよいアルキル基、置換基を更に有してもよいアリール基、置換基を更に有してもよいアルコキシ基、置換基を更に有してもよいアリールオキシ基、置換基を更に有してもよいアルキルスルホニル基、置換基を更に有してもよいアリールスルホニル基などが挙げられ、中でも、水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を更に有してもよいアルキル基、置換基を更に有してもよいアリール基が好ましい。
ここで、導入しうる置換基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、イソプロピオキシカルボニル基、メチル基、エチル基、フェニル基等が挙げられる。
A1は、酸素原子、硫黄原子、または、−N(R21)−を表し、Xは、酸素原子、硫黄原子、またはN(R22)−を表す。ここで、R21、R22としては、アルキル基が挙げられる。
G1は、2価の有機基を表す。G1としてはアルキレン基が好ましい。より好ましくは、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数3〜20のシクロアルキレン基、炭素数6〜20の芳香族基などが挙げられ、中でも、炭素数1〜10の直鎖状あるいは分岐アルキレン基、炭素数3〜10のシクロアルキレン基、炭素数6〜12の芳香族基が強度、現像性等の性能上、さらに好ましい。
ここで、G1における置換基としては、水酸基が好ましい。
R10〜R12は、それぞれ独立に1価の置換基を表す。R10〜R12としては、例えば、水素原子、ハロゲン原子、ジアルキルアミノ基、アルコキシカルボニル基、スルホ基、ニトロ基、シアノ基、置換基を更に有してもよいアルキル基、置換基を更に有してもよいアリール基、置換基を更に有してもよいアルコキシ基、置換基を更に有してもよいアリールオキシ基、置換基を更に有してもよいアルキルスルホニル基、置換基を更に有してもよいアリールスルホニル基などが挙げられ、中でも、水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を更に有してもよいアルキル基、置換基を更に有してもよいアリール基が好ましい。
ここで、導入可能な置換基としては、一般式(1−1)において挙げたものが同様に例示される。
A2は、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、または、−N(R21)−を表し、R21としては、水素原子、アルキル基などが挙げられる。
G2は、2価の有機基を表す。G2としては、アルキレン基が好ましい。より好ましくは、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数3〜20のシクロアルキレン基、炭素数6〜20の芳香族基などが挙げられ、中でも、炭素数1〜10の直鎖状あるいは分岐アルキレン基、炭素数3〜10のシクロアルキレン基、炭素数6〜12の芳香族基が強度、現像性等の性能上、さらに好ましい。G2における置換基としては、水酸基が好ましい。
Yは、酸素原子、硫黄原子、−N(R23)−またはフェニレン基を表し、R23としては、水素原子、アルキル基などが挙げられる。
R16〜R20は、それぞれ独立に1価の置換基を表す。R16〜R20としては、例えば、水素原子、ハロゲン原子、ジアルキルアミノ基、アルコキシカルボニル基、スルホ基、ニトロ基、シアノ基、置換基を更に有してもよいアルキル基、置換基を更に有してもよいアリール基、置換基を更に有してもよいアルコキシ基、置換基を更に有してもよいアリールオキシ基、置換基を更に有してもよいアルキルスルホニル基、および置換基を更に有してもよいアリールスルホニル基などが挙げられ、中でも、水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を更に有してもよいアルキル基、および置換基を更に有してもよいアリール基が好ましい。導入しうる置換基としては、一般式(1)においてあげたものが例示される。
A3は、酸素原子、硫黄原子、またはN(R21)−を表し、Zは、酸素原子、硫黄原子、またはN(R22)−を表す。R21、R22としては、一般式(1)におけるのと同様のものが挙げられる。
G3は、2価の有機基を表す。G3としては、アルキレン基が好ましい。より好ましくは、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数3〜20のシクロアルキレン基、炭素数6〜20の芳香族基などが挙げられ、中でも、炭素数1〜10の直鎖状あるいは分岐アルキレン基、炭素数3〜10のシクロアルキレン基、炭素数6〜12の芳香族基が強度、現像性等の性能上、さらに好ましい。G3における置換基としては、水酸基が好ましい。
ウレタンポリマーは、下記一般式(4)で表されるジイソシアネート化合物の少なくとも1種と、一般式(5)で表されるジオール化合物の少なくとも1種と、の反応生成物で表される構造単位を基本骨格とするポリウレタンポリマー(以下、適宜「特定ポリウレタンポリマーと称する)である。
HO−Y0−OH 一般式(5)
上記一般式(4)で表されるジイソシアネート化合物としては、例えば、トリイソシアネート化合物と、不飽和基を有する単官能のアルコールまたは単官能のアミン化合物1当量とを付加反応させて得られる生成物がある。
トリイソシアネート化合物としては、例えば特開2009−265518号公報段落0099〜0105等の記載の化合物を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
ここで、ポリウレタンポリマーの側鎖に不飽和基を導入する方法としては、ポリウレタンポリマー製造の原料として、側鎖に不飽和基を含有するジイソシアネート化合物を用いる方法が好適である。トリイソシアネート化合物と不飽和基を有する単官能のアルコールまたは単官能のアミン化合物1当量とを付加反応させることにより得ることできるジイソシアネート化合物であって、側鎖に不飽和基を有するものとしては、例えば、特開2009−265518号公報段落0107〜0114等の記載の化合物を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
本発明で使用される特定ポリウレタンポリマーは、例えば、重合性組成物中の他の成分との相溶性を向上させ、保存安定性を向上させるといった観点から、上述の不飽和基を含有するジイソシアネート化合物以外のジイソシアネート化合物を共重合させることができる。
OCN−L1−NCO 一般式(6)
一般式(6)中、L1は2価の脂肪族または芳香族炭化水素基を表す。必要に応じ、L1中にはイソシアネート基と反応しない他の官能基、例えばエステル、ウレタン、アミド、ウレイド基が含まれていてもよい。
上記一般式(6)で表されるジイソシアネート化合物としては、具体的には以下に示すものが含まれる。
すなわち、2,4−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートの二量体、2,6−トリレンジレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、3,3’−ジメチルビフェニル−4,4’−ジイソシアネート等のような芳香族ジイソシアネート化合物;
ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート等のような脂肪族ジイソシアネート化合物;
イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサン−2,4(または2,6)ジイソシアネート、1,3−(イソシアネートメチル)シクロヘキサン等のような脂環族ジイソシアネート化合物;
1,3−ブチレングリコール1モルとトリレンジイソシアネート2モルとの付加体等のようなジオールとジイソシアネートとの反応物であるジイソシアネート化合物;等が挙げられる。
上記一般式(5)で表されるジオール化合物としては、広くは、ポリエーテルジオール化合物、ポリエステルジオール化合物、ポリカーボネートジオール化合物等が挙げられる。
ここで、ポリウレタンポリマーの側鎖に不飽和基を導入する方法としては、前述の方法の他に、ポリウレタンポリマー製造の原料として、側鎖に不飽和基を含有するジオール化合物を用いる方法も好適である。そのようなジオール化合物は、例えば、トリメチロールプロパンモノアリルエーテルのように市販されているものでもよいし、ハロゲン化ジオール化合物、トリオール化合物、アミノジオール化合物と、不飽和基を含有するカルボン酸、酸塩化物、イソシアネート、アルコール、アミン、チオール、ハロゲン化アルキル化合物との反応により容易に製造される化合物であってもよい。これら化合物の具体的な例として、特開2009−265518号公報段落0122〜0125等の記載の化合物を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
なお、この一般式(G)におけるR1〜R3およびXは、前記一般式(1)におけるR1〜R3およびXと同義であり、好ましい態様もまた同様である。
このようなジオール化合物に由来するポリウレタンポリマーを用いることにより、立体障害の大きい2級アルコールに起因するポリマー主鎖の過剰な分子運動が抑制される。このため、層の被膜強度の向上が達成できるものと考えられる。
特定ポリウレタンポリマーの合成に好適に用いられる一般式(G)で表されるジオール化合物の具体例としては、特開2009−265518号公報段落0129〜0131等の記載の化合物を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
そのようなジオール化合物としては、例えば、上述したポリエーテルジオール化合物、ポリエステルジオール化合物、ポリカーボネートジオール化合物を挙げることできる。
すなわち、三洋化成工業(株)製、(商品名)ニューポール50HB−100、ニューポール50HB−260、ニューポール50HB−400、ニューポール50HB−660、ニューポール50HB−2000、ニューポール50HB−5100等である。
ポリカーボネートジオール化合物としては、式(14)で表される化合物がある。
HO−L8−CO−O−L7−OH (16)
このようなジオール化合物としては、例えば、以下の式(17)〜(19)に示すものが含まれる。
Arは三価の芳香族炭化水素基を表し、好ましくは炭素数6〜15個の芳香族基を表す。
すなわち、3,5−ジヒドロキシ安息香酸、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸、2,2−ビス(2−ヒドロキシエチル)プロピオン酸、2,2−ビス(3−ヒドロキシプロピル)プロピオン酸、ビス(ヒドロキシメチル)酢酸、ビス(4−ヒドロキシフェニル)酢酸、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)酪酸、4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン酸、酒石酸、N,N−ジヒドロキシエチルグリシン、N,N―ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−カルボキシ−プロピオンアミド等である。
a)テトラカルボン酸二無水物をジオール化合物で開環させて得られたアルコール末端の化合物と、ジイソシアネート化合物とを反応させる方法。
b)ジイソシアネート化合物をジオール化合物過剰の条件下で反応させ得られたアルコール末端のウレタン化合物と、テトラカルボン酸二無水物とを反応させる方法。
なお、一般式(23)で表されるスチレン性二重結合は、単結合、或いは、任意の原子または原子団からなる連結基を介してポリマー主鎖と連結しており、結合の仕方について特に制限はない。
一般式(23)で表される官能基を有する高分子化合物の繰り返し単位としての好ましい例は、特開2009−265518号公報段落0179〜0181等の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
なお、一般式(24)で表されるビニルピリジニウム基は、単結合、或いは、任意の原子または原子団からなる連結基を介してポリマー主鎖と連結しており、結合の仕方について特に制限はない。
一般式(24)で表される官能基を有する高分子化合物の繰り返し単位として好ましい例は、特開2009−265518号公報段落0184等の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
側鎖にエチレン性不飽和基を有するノボラックポリマーとしては、例えば、特開平9−269596号公報に記載のポリマーに、特開2002−62648公報に記載の方法を用いて、側鎖にエチレン性不飽和結合を導入したポリマー等が挙げられる。
また、側鎖にエチレン性不飽和結合を有するアセタールポリマーとしては、例えば、特開2002−162741公報に記載のポリマー等が挙げられる。
さらに、側鎖にエチレン性不飽和結合を有するポリアミド系ポリマーとしては、例えば、特願2003−321022公報に記載のポリマー、またはその中で引用されているポリアミドポリマーに、特開2002−62648公報に記載の方法で側鎖にエチレン性不飽和結合を導入したポリマー等が挙げられる。
側鎖にエチレン性不飽和結合を有するポリイミドポリマーとしては、例えば、特願2003−339785公報に記載のポリマー、またはその中で引用されているポリイミドポリマーに、特開2002−62648公報に記載の方法で側鎖にエチレン性不飽和結合を導入したポリマー等が挙げられる。
本発明の第三の好ましい態様は、重合性化合物として、エポキシ基またはオキセタニル基を有する化合物を含む態様である。エポキシ基またはオキセタニル基を有する化合物としては、具体的には側鎖にエポキシ基を有するポリマー、および分子内に2個以上のエポキシ基を有する重合性モノマーまたはオリゴマーがあり、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、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、脂肪族エポキシ樹脂等を挙げることができる。また単官能または多官能グリシジルエーテル化合物も挙げられ、多官能脂肪族グリシジルエーテル化合物が好ましい。
これらの化合物は、市販品を用いてもよいし、ポリマーの側鎖へエポキシ基を導入することによっても得られる。
市販品としては、デナコール EX−212L、EX−214L、EX−216L、EX−321L、EX−850L(以上、ナガセケムテックス(株)製)等の多官能脂肪族グリシジルエーテル化合物が挙げられる。これらは、低塩素品である一方、低塩素品ではない、EX−212、EX−214、EX−216、EX−321、EX−850なども同様に使用できる。
その他にも、ADEKA RESIN EP−4000S、同EP−4003S、同EP−4010S、同EP−4011S(以上、(株)ADEKA製)、NC−2000、NC−3000、NC−7300、XD−1000、EPPN−501、EPPN−502(以上、(株)ADEKA製)、JER1031S等も挙げられる。
さらに、フェノールノボラック型エポキシ樹脂の市販品として、JER−157S65、JER−152、JER−154、JER−157S70、(以上、三菱化学(株)製)等が挙げられる。
エポキシ不飽和化合物としてはグリシジル(メタ)アクリレートやアリルグリシジルエーテル等のエポキシ基としてグリシジル基を有するものも使用可能である。エポキシ不飽和化合物として好ましいものは、脂環式エポキシ基を有する不飽和化合物である。このようなものとしては例えば特開2009−265518号公報段落0045等の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
重合性化合物は、1種類のみでも、2種類以上でもよく、2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となる。
本発明においては、皮膜特性向上などの目的で、必要に応じて、上記重合性化合物に加えて、さらにバインダーポリマーを含むことができる。バインダーポリマーとしては、アルカリ可溶樹脂が好ましく用いられる。アルカリ可溶性樹脂を含有することにより、耐熱性などの向上や、塗布適正の微調整に効果がある。
アルカリ可溶性樹脂としては、特開2012−208494号公報段落0558〜0571(対応する米国特許出願公開第2012/0235099号明細書の[0685]〜[0700])以降の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
本発明の組成物は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤は、1種のみを用いてもよいし、2種類以上を組み合わせてもよい。界面活性剤の添加量は、本発明の組成物の固形分に対して、好ましくは0.0001〜2質量%であり、より好ましくは0.005〜1.0質量%であり、さらに好ましくは、0.01〜0.1質量%である。
界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種界面活性剤を使用できる。
即ち、フッ素系界面活性剤およびシリコーン系界面活性剤の少なくともいずれかを含有する組成物を適用した塗布液を用いて膜形成する場合においては、被塗布面と塗布液との界面張力を低下させることにより、被塗布面への濡れ性が改善され、被塗布面への塗布性が向上する。このため、少量の液量で数μm程度の薄膜を形成した場合であっても、厚みムラの小さい均一厚の膜形成をより好適に行える点で有効である。
ここで、「テロメリゼーション法」とは、低分子量の物質を重合させて分子内に1〜2個の活性基を有する化合物の合成方法を意味する。また、「オリゴメゼーション法」とは、単量体または単量体類の混合物をオリゴマーに転化する方法を意味する。
本発明におけるフルオロ脂肪族基としては、例えば、−CF3基、−C2F5基、−C3F7基、−C4F9基、−C5F11基、−C6F13基、−C7F15基、−C8F17基、C9F19基、C10F21基が挙げられ、相溶性・塗布性の点から、−C2F5基、−C3F7基、−C4F9基、−C5F11基、−C6F13基、−C7F15基、−C8F17基が好ましい。
本発明におけるフルオロ脂肪族基を有する重合体としては、本発明におけるフルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレートおよび/または(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましい。該共重合体は、不規則に分布しているものでも、ブロック共重合していてもよい。また、前記ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)基やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)基など同じ鎖長内に異なる鎖長のアルキレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(またはメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(またはメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。
具体的な商品名としては、サーフィノール61,82,104,104E、104H、104A、104BC、104DPM、104PA、104PG−50、104S、420,440,465,485,504、CT−111,CT−121,CT−131,CT−136,CT−141,CT−151,CT−171,CT−324,DF−37,DF−58,DF−75,DF−110D,DF−210,GA,OP−340,PSA−204,PSA−216,PSA−336,SE,SE−F,TG、GA、ダイノール604(以上、日信化学(株)及びAirProducts&Chemicals社)、オルフィンA,B,AK−02,CT−151W,E1004,E1010,P,SPC,STG,Y,32W、PD−001、PD−002W、PD−003、PD−004、EXP.4001、EXP.4036、EXP.4051、AF−103、AF−104、SK−14、AE−3(以上、日信化学(株))アセチレノールE00、E13T、E40、E60、E81、E100、E200(以上全て商品名、川研ファインケミカル(株)社製)等を挙げることができる。なかでも、オルフィンE1010が好適である。
その他、ノニオン系界面活性剤として具体的には、特開2012−208494号公報段落0553(対応する米国特許出願公開第2012/0235099号明細書の[0679])等に記載のノニオン系界面活性剤が挙げられ、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
カチオン系界面活性剤として具体的には、特開2012−208494号公報段落0554(対応する米国特許出願公開第2012/0235099号明細書の[0680])に記載のカチオン系界面活性剤が挙げられ、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
アニオン系界面活性剤として具体的には、W004、W005、W017(裕商(株)社製)等が挙げられる。
本発明の組成物は、重合開始剤を含んでいてもよい。重合開始剤は1種類のみでも、2種類以上でもよく、2種類以上の場合は、合計量が下記範囲となる。重合開始剤の含有量は、0.01〜30質量%が好ましく、0.1〜20質量%がより好ましく、0.1〜15質量%が特に好ましい。
重合開始剤としては、光、熱のいずれか或いはその双方により重合性化合物の重合を開始する能力を有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。なかでも、重合開始剤としては、光重合性化合物であることが好ましい。光で重合を開始させる場合、紫外線領域から可視の光線に対して感光性を有するものが好ましい。
また、熱で重合を開始させる場合には、150〜250℃で分解する重合開始剤が好ましい。
感度の観点から、オキシム化合物、アセトフェノン系化合物、α−アミノケトン化合物、トリハロメチル化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、および、チオール化合物が好ましい。
他にも、特開2007−269779公報に示される特定置換基を有するオキシム化合物や、特開2009−191061公報に示されるチオアリール基を有するオキシム化合物が挙げられる。
前記Rで表される一価の置換基としては、一価の非金属原子団であることが好ましい。前記一価の非金属原子団としては、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数2〜20のアシル基、炭素数2〜20のアルコキシカルボニル基、炭素数2〜20のアリールオキシカルボニル基、複素環基、アルキルチオカルボニル基、アリールチオカルボニル基等が挙げられる。
前記Bで表される一価の置換基としては、アリール基、複素環基、アリールカルボニル基、または、複素環カルボニル基を表す。
前記Aで表される2価の有機基としては、炭素数1〜12のアルキレン基、シクロヘキシレン基、アルキニレン基が挙げられる。
また、これらの基は、1以上の置換基を有していてもよい。また、前述した置換基は、更に他の置換基で置換されていてもよい。置換基としてはハロゲン原子、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基またはアリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキル基、アリール基等が挙げられる。
オキシム化合物は、365nmまたは405nmにおけるモル吸光係数が、感度の観点から、3,000〜300,000であることが好ましく、5,000〜300,000であることがより好ましく、10,000〜200,000であることが特に好ましい。
化合物のモル吸光係数は、公知の方法を用いることができるが、具体的には、例えば、紫外可視分光光度計(Varian社製Carry−5 spctrophotometer)にて、酢酸エチル溶剤を用い、0.01g/Lの濃度で測定することが好ましい。
オキシム化合物としては、市販品であるIRGACURE−OXE01(BASF社製)、IRGACURE−OXE02(BASF社製)を用いることができる。アセトフェノン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE−907、IRGACURE−369、および、IRGACURE−379(商品名:いずれもBASFジャパン社製)を用いることができる。またアシルホスフィン系開始剤としては市販品であるIRGACURE−819やDAROCUR−TPO(商品名:いずれもBASFジャパン社製)を用いることができる。
本発明の組成物は、熱ラジカル発生剤を含んでいてもよい。前述の少なくとも1個のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物のようなエチレン性不飽和化合物を含有する場合には、熱ラジカル発生剤を含有することが好ましい。
本発明における熱ラジカル発生剤としては、公知の熱ラジカル発生剤を用いることができる。
熱ラジカル発生剤は、熱のエネルギーによってラジカルを発生し、重合性化合物の重合反応を開始又は促進させる化合物である。
好ましい熱ラジカル発生剤としては、芳香族ケトン類、オニウム塩化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、ケトオキシムエステル化合物、アシルホスフィンオキシド化合物、ボレート化合物、アジニウム化合物、メタロセン化合物、活性エステル化合物、炭素ハロゲン結合を有する化合物、アゾ系化合物、ビベンジル化合物等が挙げられる。
本発明の組成物における熱ラジカル発生剤の添加量は、組成物の全固形分に対して、0.05〜15重量%であることが好ましく、0.1〜10重量%であることがより好ましい。
本発明の組成物は、得られる硬化膜の耐熱性や硬度をより向上させるため熱酸発生剤を用いることができる。その例としては、例えばスルホニウム塩、ベンゾチアゾニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩などのオニウム塩を挙げることができる。スルホニウム塩の例として、例えばアルキルスルホニウム塩、ベンジルスルホニウム塩、ジベンジルスルホニウム塩、置換ベンジルスルホニウム塩、ベンゾチアゾニウム塩などを挙げることができる。
熱酸発生剤としては、スルホニウム塩またはベンゾチアゾニウム塩が好ましく用いられ、特に4−アセトキシフェニルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−アセトキシフェニルベンジルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−アセトキシフェニルベンジルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートまたは3−ベンジルベンゾチアゾリウムヘキサフルオロアンチモネートが好ましく用いられる。
これらの市販品としては、例えばサンエイドSI−L85、同SI−L110、同SI−L110L、同SI−L145、同SI−L150、同SI−L160(以上、三新化学工業(株)製)などが挙げられる。
本発明の組成物における熱酸発生剤の添加量は、組成物の全固形分に対して、0.05〜15重量%であることが好ましく、0.1〜10重量%であることがより好ましい。
本発明の組成物には、前記必須成分や前記好ましい添加剤に加え、本発明の効果を損なわない限りにおいて、目的に応じてその他の成分を適宜選択して用いてもよい。
併用可能なその他の成分としては、例えば、バインダーポリマー、分散剤、増感剤、架橋剤、硬化促進剤、フィラー、熱硬化促進剤、熱重合禁止剤、可塑剤などが挙げられ、更に基材表面への密着促進剤およびその他の助剤類(例えば、導電性粒子、充填剤、消泡剤、難燃剤、レベリング剤、剥離促進剤、酸化防止剤、香料、表面張力調整剤、連鎖移動剤など)を併用してもよい。
これらの成分を適宜含有させることにより、目的とする近赤外線カットフィルタの安定性、膜物性などの性質を調整することができる。
これらの成分は、例えば、特開2012−003225号公報の段落番号0183〜、特開2008−250074号公報の段落番号0101〜0102、特開2008−250074号公報の段落番号0103〜0104、特開2008−250074号公報の段落番号0107〜0109等の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
特に、本発明の近赤外線吸収性組成物は、銅化合物と、前記式(1)の構造を含有し、膜厚が200μm以下であり、可視光透過率が90%以上である、近赤外線カットフィルタとすることが好ましい。
また、本発明の近赤外線吸収性組成物の粘度は、塗布により赤外線カット層を形成する場合、1mPa・s以上3000mPa・s以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは、10mPa・s以上2000mPa・s以下の範囲であり、さらに好ましくは、100mPa・s以上1500mPa・s以下の範囲である。
本発明の近赤外線吸収性組成物が、固体撮像素子基板の受光側における近赤外線カットフィルタ用であって、塗布により赤外線カット層を形成する場合、厚膜形成性と均一塗布性の観点から、10mPa・s以上3000mPa・s以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは、500mPa・s以上1500mPa・s以下の範囲であり、最も好ましくは、700mPa・s以上1400mPa・s以下の範囲である。
本発明の近赤外線吸収性組成物の全固形分は、塗布方法により変更されるが、組成物に対して1〜50質量%であることが好ましく、1〜30質量%であることがより好ましく、10〜30質量%であることがさらに好ましい。
上記誘電体多層膜は、近赤外線を反射および/または吸収する能力を有する膜である。
誘電体多層膜としては具体的には、高屈折率材料層と低屈折率材料層とを交互に積層した構成を好適に用いることができる。
高屈折率材料層を構成する材料としては、屈折率が1.7以上の材料を用いることができ、屈折率の範囲が通常は1.7〜2.5の材料が選択される。
この材料としては、例えば、酸化チタン(チタニア)、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化インジウムや、これら酸化物を主成分とし酸化チタン、酸化錫および/または酸化セリウムなどを少量含有させたものが挙げられる。これらの中でも、酸化チタン(チタニア)が好ましい。
低屈折率材料層を構成する材料としては、屈折率が1.6以下の材料を用いることができ、屈折率の範囲が通常は1.2〜1.6の材料が選択される。
この材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、フッ化ランタン、フッ化マグネシウムおよび六フッ化アルミニウムナトリウムが挙げられる。これらの中でも、シリカが好ましい。
これら高屈折率材料層および低屈折率材料層の各層の厚みは、通常、遮断しようとする赤外線波長λ(nm)の0.1λ〜0.5λの厚みである。厚みが上記範囲外になると、屈折率(n)と膜厚(d)との積(n×d)がλ/4で算出される光学的膜厚と大きく異なって反射・屈折の光学的特性の関係が崩れてしまい、特定波長の遮断・透過をコントロールしにくい傾向にある。
また、誘電体多層膜における積層数は、好ましくは5〜50層であり、より好ましくは10〜45層である。
さらに、誘電体多層膜を蒸着した際に基板にソリが生じてしまう場合には、これを解消するために、基板両面へ誘電体多層膜を蒸着する、基板の誘電多層膜を蒸着した面に紫外線等の放射線を照射する等の方法をとる事ができる。なお、放射線を照射する場合、誘電体多層膜の蒸着を行いながら照射してもよいし、蒸着後別途照射してもよい。
近赤外線吸収性組成物(塗布液)を支持体上に塗布する方法は、例えば、滴下法(ドロップキャスト)、スピンコーター、スリットスピンコーター、スリットコーター、スクリーン印刷、アプリケータ塗布等を用いることにより実施できる。滴下法(ドロップキャスト)の場合、所定の膜厚で、均一な膜が得られるように、ガラス基板上にフォトレジストを隔壁とする近赤外線吸収性組成物の滴下領域を形成することが好ましい。なお、膜厚は、組成物の滴下量および固形分濃度、滴下領域の面積を調整することで、所望の膜厚が得られる。
また、塗膜の乾燥条件としては、各成分、溶剤の種類、使用割合等によっても異なるが、通常60℃〜150℃の温度で30秒間〜15分間程度である。
・波長400nmでの光透過率は80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、92%以上がさらに好ましく、95%以上が特に好ましい。
・波長450nmでの光透過率は80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、92%以上がさらに好ましく、95%以上が特に好ましい。
・波長500nmでの光透過率は80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、92%以上がさらに好ましく、95%以上が特に好ましい。
・波長550nmでの光透過率は80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、92%以上がさらに好ましく、95%以上が特に好ましい。
・波長700nmでの光透過率は20%以下が好ましく、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましく、5%以下が特に好ましい。
・波長750nmでの光透過率は20%以下が好ましく、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましく、5%以下が特に好ましい。
・波長800nmでの光透過率は20%以下が好ましく、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましく、5%以下が特に好ましい。
・波長850nmでの光透過率は20%以下が好ましく、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましく、5%以下が特に好ましい。
・波長900nmでの光透過率は20%以下が好ましく、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましく、5%以下が特に好ましい。
前加熱工程および後加熱工程における加熱温度は、通常、80℃〜200℃であり、90℃〜150℃であることが好ましい。
前加熱工程および後加熱工程における加熱時間は、通常、30秒〜240秒であり、60秒〜180秒であることが好ましい。
硬化処理工程は、必要に応じ、形成された前記膜に対して硬化処理を行う工程であり、この処理を行うことにより、近赤外線カットフィルタの機械的強度が向上する。
前記硬化処理工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、全面露光処理、全面加熱処理などが好適に挙げられる。ここで、本発明において「露光」とは、各種波長の光のみならず、電子線、X線などの放射線照射をも包含する意味で用いられる。
露光は放射線の照射により行うことが好ましく、露光に際して用いることができる放射線としては、特に、電子線、KrF、ArF、g線、h線、i線等の紫外線や可視光が好ましく用いられる。なかでも、KrF、g線、h線、i線が好ましい。
露光方式としては。ステッパー露光や、高圧水銀灯による露光などが挙げられる。
露光量は5〜3000mJ/cm2が好ましく10〜2000mJ/cm2がより好ましく、50〜1000mJ/cm2が特に好ましい。
前記全面露光を行う装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、超高圧水銀灯などのUV露光機が好適に挙げられる。
全面加熱における加熱温度は、120℃〜250℃が好ましく、120℃〜250℃がより好ましい。該加熱温度が120℃以上であれば、加熱処理によって膜強度が向上し、250℃以下であれば、前記膜中の成分の分解が生じ、膜質が弱く脆くなることを防止できる。
全面加熱における加熱時間は、3分〜180分が好ましく、5分〜120分がより好ましい。
全面加熱を行う装置としては、特に制限はなく、公知の装置の中から、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ドライオーブン、ホットプレート、IRヒーターなどが挙げられる。
なお、図1および図2にわたり、共通する部分には共通する符号を付す。
また、説明に際し、「上」、「上方」および「上側」は、シリコン基板10から見て遠い側を指し、「下」、「下方」および「下側」は、はシリコン基板10に近い側を指す。
図1に示すカメラモジュール200は、実装基板である回路基板70に接続部材であるハンダボール60を介して接続されている。
詳細には、カメラモジュール200は、シリコン基板の第1の主面に撮像素子部を備えた固体撮像素子基板100と、固体撮像素子基板100の第1の主面側(受光側)に設けられた平坦化層(図1には不図示)と、平坦化層の上に設けられた近赤外線カットフィルタ42と、近赤外線カットフィルタ42の上方に配置され内部空間に撮像レンズ40を有するレンズホルダー50と、固体撮像素子基板100およびガラス基板30の周囲を囲うように配置された遮光兼電磁シールド44と、を備えて構成されている。なお、平坦化層の上には、ガラス基板30(光透過性基板)を設けてもよい。各部材は、接着剤20、45により接着されている。
本発明は、固体撮像素子基板と、前記固体撮像素子基板の受光側に配置された近赤外線カットフィルタとを有するカメラモジュールの製造方法であって、固体撮像素子基板の受光側において、上記本発明の近赤外線吸収性組成物を適用することにより膜を形成する工程にも関する。
よって、本実施形態に係るカメラモジュールにおいては、例えば、平坦化層の上に、本発明の近赤外線吸収性組成物を塗布することにより膜を形成して、近赤外線カットフィルタ42を形成できる。近赤外線吸収性組成物を塗布して近赤外線カットフィルタ42形成する方法は前記した通りである。
カメラモジュール200では、外部からの入射光hνが、撮像レンズ40、近赤外線カットフィルタ42、ガラス基板30、平坦化層を順次透過した後、固体撮像素子基板100の撮像素子部に到達するようになっている。また、カメラモジュール200は、固体撮像素子基板100の第2の主面側で、ハンダボール60(接続材料)を介して回路基板70に接続されている。
カメラモジュール200は、ガラス基板30を省略し、平坦化層に直接近赤外線カットフィルタを設けてもよく、平坦化層を省略し、ガラス基板30上に近赤外線カットフィルタを設けるようにしてもよい。
固体撮像素子基板100は、基体であるシリコン基板10、撮像素子12、層間絶縁膜13、ベース層14、赤色のカラーフィルタ15R、緑色のカラーフィルタ15G、青色のカラーフィルタ15B、オーバーコート16、マイクロレンズ17、遮光膜18、絶縁膜22、金属電極23、ソルダレジスト層24、内部電極26、および素子面電極27を備えて構成されている。
但し、ソルダレジスト層24は省略されていてもよい。
固体撮像素子基板100については、特開2012−068418号公報段落0245(対応する米国特許出願公開第2012/068292号明細書の[0407])以降の固体撮像素子基板100の説明を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
<銅化合物>
下記化合物は、下記2つの構造をそれぞれ配位子として有する銅錯体を示す。下記化合物中、「−」は、銅と配位結合する部位を示す。例えば、銅化合物A−1〜A−4では、下記2つの構造を配位子とするスルホン酸銅錯体を示す。
銅化合物A−1:下記化合物
上述したスルホン酸化合物A−1をメタノールに溶解した。この溶液を50℃に昇温した後、酢酸銅のメタノール溶液を滴下し、50℃にて2時間反応させた。反応終了後、エバポレータにて発生した酢酸及び溶剤を留去することで銅化合物A−1を得た。
スルホン酸化合物A−1を上述したスルホン酸化合物A−2〜A−8に変更したこと以外は、銅化合物体A−1の場合と同様にして、銅化合物A−2〜A−8を得た。
B−1:下記構造を有する化合物:ポリアクリルアミド(ALDRICH社製、水溶液)
C−1:KAYARAD D−320:(日本化薬社製、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート)
C−2:M−510:(東亞合成社製、多塩基酸変性アクリルオリゴマー)
C−3:M−520:(東亞合成社製、多塩基酸変性アクリルオリゴマー)
C−4:DPCA−60:(日本化薬社製、ペンチレンオキシ鎖を6個有する6官能アクリレート)
C−5:JER157S65:エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製)
C−6:NKエステルATM−35E:エチレンオキシ変性ペンタエリスリトールテトラアクリレート(重合性化合物)(新中村化学社製)
C−7:EX−321:エポキシ樹脂(ナガセケムテックス社製)
<その他の化合物>
D−1:サンエイドSI−110L(三新化学工業社製,熱酸発生剤)
D−2:下記化合物:パーブチルZ(日油社製)
MeOH:メタノール
EtOH:エタノール
<<近赤外線吸収性組成物の調製>>
下記の化合物を表1に記載のように組み合わせて、実施例および比較例の近赤外線吸収性組成物を調製した。なお、実施例および比較例の添加量は下記の通りであり、表1中の「−」は下記の化合物が添加されないことを意味する。
・銅化合物 40質量部
・前記式(1)で表される化合物 20質量部
・硬化性化合物 35質量部
・その他の化合物 5質量部
・溶剤 100質量部
実施例および比較例で調製した近赤外線吸収性組成物の各々を、アプリケータ塗布法(YOSHIMITS SEIKI製のベーカーアプリケーター、YBA−3型をスリット幅250μmに調整して使用)を用いて、ガラス基板上にアプリケータ塗布し、100℃、120秒間の前加熱(プリベーク)を行った。その後、全てのサンプルについて、180℃、180秒間、ホットプレートで加熱を実施して、膜厚70μmの近赤外線カットフィルタを得た。
<<近赤外線遮蔽性評価>>
上記のようにして得た近赤外線カットフィルタにおける波長800nmの透過率を分光光度計U−4100(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて測定した。近赤外線遮蔽性を以下の基準で評価した。結果を以下の表に示す。
A:800nmの透過率≦5%
B:5%<800nmの透過率≦7%
C:7%<800nmの透過率≦10%
D:10%<800nmの透過率
上記のようにして得た近赤外線カットフィルタを60℃/90%Hの高温高湿下で1時間放置した。耐湿性試験前と耐湿性試験後とのそれぞれにおいて、近赤外線カットフィルタの波長700〜1400nmにおける最大吸光度(Absλmax)と、波長400〜700nmにおける最小吸光度(Absλmin)とを、分光光度計U−4100(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて測定し、「Absλmax/Absλmin」で表される吸光度比を求めた。|(試験前における吸光度比−試験後における吸光度比)/試験前における吸光度比×100|(%)で表される吸光度比変化率を以下の基準で評価した。
A:吸光度比変化率≦2%
B:2%<吸光度比変化率≦4%
C:4%<吸光度比変化率≦7%
D:7%<吸光度比変化率
下記の化合物を混合して、実施例25の近赤外線吸収性組成物を調製した。
・下記スルホフタル酸を配位子として有する銅錯体 10質量部
・前記式(1)で表される化合物(B−1) 10質量部
・溶剤(水) 80質量部
スルホフタル酸53%水溶液をメタノールに溶かし、この溶液を50℃に昇温した後、水酸化銅を加え50℃で2時間反応させた。反応終了後、エバポレータにて溶剤及び発生した水を留去することで銅錯体A(8.57g)を得た。
下記の化合物を混合して、実施例26の近赤外線吸収性組成物を調製した。
・上記スルホフタル酸銅錯体 10質量部
・下記バインダーA 10質量部
・溶剤(水) 80質量部
また、実施例26の近赤外線吸収性組成物において、スルホフタル酸銅錯体を下記表に記載の化合物(配位子原料)と銅成分と反応させた銅錯体を用いたこと以外は同様にして、実施例27〜51の近赤外線吸収性組成物を調製した。
下記表2中、配位子原料(酸)とは、上述した銅錯体を得るために用いられるものである。また、「−」は、化合物(ii)が使用されないことを表す。
実施例25〜51の近赤外線吸収性組成物を用いて、実施例1と同様にして近赤外線カットフィルタを得た。実施例25〜51の近赤外線カットフィルタでも良好な近赤外線遮蔽性および耐湿性を有することが確認できた。
20 接着剤、22 絶縁膜、23 金属電極、24 ソルダレジスト層、26 内部電極、27 素子面電極、
30 ガラス基板、40 撮像レンズ、42 近赤外線カットフィルタ、44 遮光兼電磁シールド、45 接着剤、46 平坦化層、
50 レンズホルダー、60 ハンダボール、70 回路基板、100 固体撮像素子基板
Claims (22)
- 銅化合物と、
下記式(1)で示される部分構造を有する化合物とを含有し、
前記式(1)で示される部分構造を有する化合物が、下記式(1−1)〜(1−5)のいずれかで表される構造を有し、
前記銅化合物の含有量が、下記式(1)で示される部分構造を有する化合物1gに対して3.56×10 -3 〜8.56×10 -3 モルである、近赤外線吸収性組成物。
- 前記式(1−1)中、R 5 およびR 6 はそれぞれ独立して水素原子、アリール基または無置換の炭素数1〜3のアルキル基を表す、請求項1に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記式(1−1)中、R 5 およびR 6 はそれぞれ独立して水素原子、または無置換の炭素数1〜3のアルキル基を表す、請求項1に記載の近赤外線吸収性組成物。
- リン含有銅錯体、スルホン酸銅錯体、カルボン酸銅錯体および、式(A)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種を含む銅化合物と、
下記式(1)で示される部分構造を有する化合物とを含有し、
前記銅化合物の含有量が、下記式(1)で示される部分構造を有する化合物1gに対して3.56×10 -3 〜8.56×10 -3 モルである、近赤外線吸収性組成物。
Cu(L) n1 ・(X) n2 式(A)
上記式(A)中、Lは、銅に配位する配位子を表し、
Xは、存在しないか、ハロゲン原子、H 2 O、NO 3 、ClO 4 、SO 4 、CN、SCN、BF 4 、PF 6 、BPh 4 (Phはフェニル基を表す)又はアルコールを表す。
n1、n2は、各々独立に1〜4の整数を表す。
- 前記銅化合物は、スルホン酸銅錯体および、前記式(A)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種である、請求項4に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記銅化合物は、前記式(A)で表される化合物である、請求項4に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 銅化合物と、
下記式(1)で示される部分構造を有する化合物とを含有し、
前記式(1)で示される部分構造を有する化合物が、エポキシ基またはオキセタニル基を含有し、
前記銅化合物の含有量が、下記式(1)で示される部分構造を有する化合物1gに対して3.56×10 -3 〜8.56×10 -3 モルである、近赤外線吸収性組成物。
- 前記銅化合物が銅錯体である、請求項1または7に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記銅化合物が、スルホン酸およびカルボン酸を配位子とする銅錯体である、請求項1または7に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記式(1)で示される部分構造を有する化合物がポリマーである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記式(1)で示される部分構造を有する化合物がポリマーであり、該ポリマーの側鎖に前記部分構造を含有する、請求項10に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記式(1)で示される部分構造を有する化合物が、下記式(1−1)〜(1−5)のいずれかで表される構造を有する、請求項4〜7のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記式(1)で示される部分構造を有する化合物が前記式(1−1)で表される化合物である、請求項12に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 硬化性化合物および溶剤をさらに含有する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 近赤外線吸収性組成物の固形分が35〜90質量%である、請求項1〜14のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 固体撮像素子用イメージセンサ上に塗膜形成して用いられる、請求項1〜15のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記式(1)で示される部分構造を有する化合物は、アニオン性基を有しない化合物である、請求項1〜16のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記式(1)で示される部分構造を有する化合物が、エポキシ基またはオキセタニル基をさらに含有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 前記式(1)で示される部分構造を有する化合物が、式(1)で示される部分構造を有する繰り返し単位とエポキシ基またはオキセタニル基を有する繰り返し単位を含む重合体である、請求項1〜18のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物。
- 請求項1〜19のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物を用いて作成された近赤外線カットフィルタ。
- 固体撮像素子基板と、前記固体撮像素子基板の受光側に配置された請求項20に記載の近赤外線カットフィルタとを有するカメラモジュール。
- 固体撮像素子基板と、前記固体撮像素子基板の受光側に配置された近赤外線カットフィルタとを有するカメラモジュールの製造方法であって、前記固体撮像素子基板の受光側において、請求項1〜19のいずれか1項に記載の近赤外線吸収性組成物を塗布することにより前記近赤外線カットフィルタを形成する工程を有する、カメラモジュールの製造方法。
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