JP6974803B2 - インプリント用光硬化性組成物 - Google Patents
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Description
また、特許文献2又は特許文献3に記載の表面修飾された酸化物粒子を含有する硬化性組成物から得られる硬化物は、該酸化物粒子の偏析、透明性が低い、脆く耐クラック性に劣る、という問題が懸念される。そして、この問題は、表面修飾された酸化物粒子の含有量が増加するほど顕著になる。
そのため、高アッベ数(例えば53以上)及び高い透明性を有し、ハイブリッドレンズ方式にてガラス基板等の支持体の反り量が小さい、高解像度カメラモジュール用レンズとして使用し得る硬化物及び成形体が得られ、さらにはその後の熱処理によって該硬化物及び成形体の上層に成膜された反射防止層にクラックが発生しない、硬化性樹脂材料は未だなく、その開発が望まれていた。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高アッベ数、高屈折率、高透明性及び耐熱黄変性を示す硬化物及び成形体を形成でき、且つ支持体の反り量が従来よりも小さいためハイブリッドレンズ方式にて該硬化物及び成形体を作製するのに好適であり、且つ熱処理によって該硬化物及び成形体の上層の反射防止層にクラックが発生しない、光硬化性組成物を提供することを課題とする。
(a):1分子中に(メタ)アクリロイルオキシ基を少なくとも1つ有する脂環式(メタ)アクリレート化合物(ただし、(b)成分の化合物を除く。)
(b):ウレタン(メタ)アクリレート化合物又はエポキシ(メタ)アクリレート化合物
(c):下記式(1)で表されるシラン化合物、又は該式(1)で表されるシラン化合物を含む少なくとも1種のシラン化合物の加水分解重縮合物
(d):光ラジカル開始剤
(e):フェノール系酸化防止剤
(f):スルフィド系酸化防止剤
(g):下記式(4)で表される多官能チオール化合物
本発明のインプリント用光硬化性組成物の(a)成分として使用可能な脂環式(メタ)アクリレート化合物は、1分子中に(メタ)アクリロイルオキシ基を少なくとも1つ及び脂環式炭化水素基を1つ有し、且つ後述する(b)成分の化合物を除くものである。該脂環式(メタ)アクリレート化合物として、例えば、シクロペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−tert−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、メンチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ノルボルニル(メタ)アクリレート、1−アダマンチル(メタ)アクリレート、2−アダマンチル(メタ)アクリレート、2−メチルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレート、2−エチルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレート、1,3−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカニル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカニルオキシエチル(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、及び1,3−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
本発明のインプリント用光硬化性組成物の(b)成分として使用可能なウレタン(メタ)アクリレート化合物は、1分子中に(メタ)アクリロイルオキシ基を少なくとも2つ及び“−NH−C(=O)O−”で表されるウレタン構造を少なくとも2つ有する化合物である。該ウレタン(メタ)アクリレート化合物として、例えば、EBECRYL(登録商標)230、同270、同280/15IB、同284、同4491、同4683、同4858、同8307、同8402、同8411、同8804、同8807、同9270、同8800、同294/25HD、同4100、同4220、同4513、同4738、同4740、同4820、同8311、同8465、同9260、同8701、KRM7735、同8667、同8296(以上、ダイセル・オルネクス(株)製)、UV−2000B、UV−2750B、UV−3000B、UV−3200B、UV−3210EA、UV−3300B、UV−3310B、UV−3500B、UV−3520EA、UV−3700B、UV−6640B、UV−6630B、UV−7000B、UV−7510B、UV−7461TE(以上、日本合成化学(株)製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、UA−510H、UF−8001G(以上、共栄社化学(株)製)、M−1100、M−1200(以上、東亞合成(株)製)、及びNKオリゴU−2PPA、同U−6LPA、同U−200PA、U−200PA、同U−160TM、同U−290TM、同UA−4200、同UA−4400、同UA−122P、同UA−7100、同UA−W2A(以上、新中村化学工業(株)製)が挙げられる。
本発明のインプリント用光硬化性組成物の(c)成分として使用可能なシラン化合物は、(メタ)アクリロイルオキシ基を有する前記式(1)で表されるシラン化合物である。該式(1)で表されるシラン化合物として、例えば、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、(メタ)アクリロイルオキシオクチルトリメトキシシラン、(メタ)アクリロイルオキシオクチルトリエトキシシラン、(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、及び(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジエトキシシランが挙げられる。
本発明のインプリント用光硬化性組成物の(d)成分として使用可能な光ラジカル開始剤として、例えば、アルキルフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラー(Michler)のケトン類、アシルホスフィンオキシド類、ベンゾイルベンゾエート類、オキシムエステル類、テトラメチルチウラムモノスルフィド類及びチオキサントン類が挙げられ、特に、光開裂型の光ラジカル重合開始剤が好ましい。前記光ラジカル開始剤として市販品、例えば、IRGACURE(登録商標)184、同369、同651、同500、同819、同907、同784、同2959、同CGI1700、同CGI1750、同CGI1850、同CG24−61、同TPO、同1116、同1173(以上、BASFジャパン(株)製)、及びESACURE KIP150、同KIP65LT、同KIP100F、同KT37、同KT55、同KTO46、同KIP75(以上、Lamberti社製)を採用することができる。
本発明のインプリント用光硬化性組成物の(e)成分として使用可能なフェノール系酸化防止剤として、例えば、IRGANOX(登録商標)245、同1010、同1035、同1076、同1135(以上、BASFジャパン(株)製)、SUMILIZER(登録商標)GA−80、同GP、同MDP−S、同BBM−S、同WX−R(以上、住友化学(株)製)、及びアデカスタブ(登録商標)AO−20、同AO−30、同AO−40、同AO−50、同AO−60、同AO−80、同AO−330(以上、(株)ADEKA製)が挙げられる。
本発明のインプリント用光硬化性組成物の(f)成分として使用可能なスルフィド系酸化防止剤として、例えば、アデカスタブ(登録商標)AO−412S、同AO−503(以上、(株)ADEKA製)、IRGANOX(登録商標)PS802、同PS800(以上、BASFジャパン(株)製)、及びSUMILIZER(登録商標)TP−D(住友化学(株)製)が挙げられる。
本発明のインプリント用光硬化性組成物の(g)成分として使用可能な多官能チオール化合物は、前記式(4)で表される多官能チオール化合物である。該式(4)で表される多官能チオール化合物として、例えば、1,2−エタンジチオール、1,3−プロパンジチオール、ビス(2−メルカプトエチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)、トリス−[(3−メルカプトプロピオニルオキシ)−エチル]−イソシアヌレート、テトラエチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチリルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6−(1H,3H,5H)−トリオン、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチレート)、及びトリメチロールエタントリス(3−メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールトリス(3−メルカプトプロピル)エーテルが挙げられる。前記式(4)で表される多官能チオール化合物として、市販品、例えば、カレンズMT(登録商標)PE1、同NR1、同BD1、TPMB、TEMB(以上、昭和電工(株)製)、及びTMMP、TEMPIC、PEMP、EGMP−4、DPMP、TMMP II−20P、PEMP II−20P、PEPT(以上、SC有機化学(株)製)を採用することができる。
本発明のインプリント用光硬化性組成物の調製方法は、特に限定されない。調製法としては、例えば、(a)成分、(b)成分、(c)成分及び(d)成分、並びに所望により(e)成分及び/又は(f)成分、及び(g)成分を所定の割合で混合して混合し均一な溶液とする方法が挙げられる。
本発明のインプリント用光硬化性組成物を、露光(光硬化)して、硬化物を得ることができ、本発明は該硬化物も対象とする。露光する光線としては、例えば、紫外線、電子線及びX線が挙げられる。紫外線照射に用いる光源としては、例えば、太陽光線、ケミカルランプ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、及びUV−LEDが使用できる。また、露光後、硬化物の物性を安定化させるためにポストベークを施してもよい。ポストベークの方法としては、特に限定されないが、通常、ホットプレート、オーブン等を使用して、50℃乃至260℃、1分乃至24時間の範囲で行われる。
本発明のインプリント用光硬化性組成物は、例えばインプリント成形法を使用することによって、硬化物の形成と並行して各種成形体を容易に製造することができる。成形体を製造する方法としては、例えば接し合う支持体と鋳型との間の空間、又は分割可能な鋳型の内部の空間に本発明のインプリント用光硬化性組成物を充填する工程、該空間に充填されたインプリント用光硬化性組成物を露光して光硬化する工程、該光硬化する工程により得られた光硬化物を取り出して離型する工程、並びに、該光硬化物を、該離型する工程の前、中途又は後において加熱する工程を含む方法が挙げられる。
装置:(株)シンキー製 自転・公転ミキサー あわとり練太郎(登録商標)ARE−310
(2)UV露光
装置:アイグラフィックス(株)製 バッチ式UV照射装置(高圧水銀灯2kW×1灯)
(3)透過率
装置:日本分光(株)製 紫外可視近赤外分光光度計V−670
リファレンス:空気
(4)屈折率nD、アッベ数νD
装置:アントンパール社製 多波長屈折計Abbemat MW
測定温度:23℃
(5)反り量測定、レンズ高さ測定
装置:三鷹光器(株)製 非接触表面性状測定装置PF−60
(6)反射防止層の成膜
装置:サンユー電子(株)製 RFスパッタ装置SRS−700T/LL
方式:RFスパッタ・マグネトロン方式
条件:ターゲット材=シリコン、RFパワー=250W、
ターゲット・基板間の垂直距離=100mm、
オフセット距離=100mm、
Ar流量=45sccm、O2流量=2sccm、
温度=室温、スパッタ時間=15分
(7)光学顕微鏡
装置:(株)キーエンス製 VHX−1000、VH−Z1000R
条件:反射(明視野)、対物500倍
(8)レンズ成型
装置:明昌機工(株)製 6インチ対応ナノインプリンター
光源:高圧水銀灯、i線バンドパスフィルターHB0365(朝日分光(株)製)を介して露光
成型条件:押し付け圧100N、20mW/cm2×300秒
GPCシステム構成
システムコントローラ:CBM−20A、カラムオーブン:CTO−20A、オートサンプラ:SIL−10AF、検出器:SPD−20A及びRID−10A、排気ユニット:DGU−20A3
GPCカラム:Shodex(登録商標)KF−804L及びKF−803L
カラム温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン
流量:1mL/分
標準試料:異なる重量平均分子量(197000、55100、12800、3950、1260)のポリスチレン5種
A−DCP:新中村化学工業(株)製 商品名:NKエステル A−DCP
FA513AS:日立化成(株)製 商品名:ファンクリル(登録商標)FA−513AS
UA−4200:新中村化学工業(株)製 商品名:NKオリゴ UA−4200
APTMS:アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製 商品名:KBM−5103
MPTMS:メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製 商品名:KBM−503
TFPTMS:3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製 商品名:KBM−7103
TDFOTMS:トリメトキシ(1H,1H,2H,2H−トリデカフルオロ−n−オクチル)シラン、東京化成工業(株)製
NPTMS:n−プロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製 商品名:KBM−3033
NR1:昭和電工(株)製 商品名:カレンズ(登録商標)MT NR1
I184:BASFジャパン(株)製 商品名:Irgacure(登録商標)184
I245:BASFジャパン(株)製 商品名:Irganox(登録商標)245
凝縮器を備えた500mLの反応フラスコに、35質量%水酸化テトラエチルアンモニウム7.71g(18.3mmol)、イオン交換水24.7g(1371mmol)、及びテトラヒドロフラン(以下、本明細書ではTHFと略称する。)165.9gを仕込み、窒素バルーンを用いて該反応フラスコ中の空気を窒素で置換した。その後、室温下、滴下ロートを用いて、APTMS 107.4g(458mmol)及びTFPTMS 100.0g(458mmol)の混合物を、約10分間かけて前記反応フラスコに滴下した。この反応フラスコ内の混合物を40℃に昇温し、4時間撹拌した。
凝縮器を備えた500mLの反応フラスコに、35質量%水酸化テトラエチルアンモニウム6.94g(16.5mmol)、イオン交換水22.2g(1234mmol)、及びTHF153.9gを仕込み、窒素バルーンを用いて該反応フラスコ中の空気を窒素で置換した。その後、室温下、滴下ロートを用いて、MPTMS 102.4g(412mmol)及びTFPTMS 90.0g(412mmol)の混合物を、約10分間かけて前記反応フラスコに滴下した。この反応フラスコ内の混合物を40℃に昇温し、4時間撹拌した。
凝縮器を備えた200mLの反応フラスコに、35質量%水酸化テトラエチルアンモニウム1.80g(4.27mmol)、イオン交換水5.76g(320mmol)、及びTHF37.8gを仕込み、窒素バルーンを用いて該反応フラスコ中の空気を窒素で置換した。その後、室温下、滴下ロートを用いて、MPTMS 26.5g(107mmol)、TDFOTMS 5.00g(10.7mmol)、及びNPTMS 15.8g(96.1mmol)の混合物を、約10分間かけて前記反応フラスコに滴下した。この反応フラスコ内の混合物を40℃に昇温し、4時間撹拌した。
(a)前記脂環式(メタ)アクリレート化合物としてA−DCP、(b)ウレタン(メタ)アクリレート化合物としてUA−4200、(d)光ラジカル開始剤としてI184、及び(e)フェノール系酸化防止剤としてI245を、それぞれ下記表1に記載の割合で配合し、50℃で3時間振とうさせ、混合した。その後、(c)合成例1で製造したオルガノポリシロキサン(AF−55)、及び(g)前記式(4)で表される多官能チオール化合物としてNR1を添加し、前記撹拌脱泡機を用いて30分間、撹拌混合した。さらに同装置を用いて10分間撹拌脱泡することでインプリント用光硬化性組成物1を調製した。なお、下記表1中、「部」は「質量部」を表す。
前記実施例1と同様の手順にて、(a)成分乃至(e)成分及び(g)成分を下記表1に示す割合で混合することで、インプリント用光硬化性組成物2乃至7を調製した。
前記実施例1と同様の手順にて、(a)成分乃至(e)成分を下記表1に示す割合で混合することで、インプリント用光硬化性組成物8及び9を調製した。
前記実施例1と同様の手順にて、(a)成分、(b)成分、(d)成分及び(e)成分を下記表1に示す割合で混合することで、インプリント用光硬化性組成物10を調製した。
前記実施例1と同様の手順にて、(a)成分、(b)成分、(d)成分及び(e)成分、並びに(c)成分に該当しないシラン化合物としてTFPTMSを下記表1に示す割合で混合することで、インプリント用光硬化性組成物11を調製した。
前記実施例1と同様の手順にて、(b)成分乃至(e)成分を下記表1に示す割合で混合することで、インプリント用光硬化性組成物12を調製した。
実施例1乃至実施例9及び比較例1乃至比較例3で調製した各インプリント用光硬化性組成物を、500μm厚のシリコーンゴム製スペーサーとともに、NOVEC(登録商標)1720(スリーエムジャパン(株)製)を塗布し乾燥することで離型処理したガラス基板2枚で挟み込んだ。この挟み込んだインプリント用光硬化性組成物を、前記UV照射装置を用いてi線バンドパスフィルター(朝日分光(株)製)を介して20mW/cm2で300秒間UV露光した。露光後得られた硬化物を、前記離型処理したガラス基板から剥離した後、100℃のホットプレートで10分間加熱することで、直径3cm、厚さ0.5mmの硬化膜を作製した。
前記の方法で作製した硬化膜の波長410nmの透過率を、前記紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した。結果を下記表2に示す。さらに前記硬化膜をシリコンウェハ上に置き、該シリコンウェハを介して、175℃に加熱したホットプレート上で2分30秒間加熱し、耐熱性試験を行った。耐熱性試験後の硬化膜の波長410nmの透過率を、前記紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定し、加熱前後の透過率変化から耐熱黄変性を評価した。結果を下記表2に合わせて示す。
前記の方法で作製した硬化膜の波長589nmにおける屈折率nD、及びアッベ数νDを、前記多波長屈折計を用いて測定した。結果を下記表2に合わせて示す。
実施例1乃至実施例9及び比較例1乃至比較例3で調製した各インプリント用光硬化性組成物0.010gを、NOVEC(登録商標)1720(スリーエムジャパン(株)製)を塗布し乾燥することで離型処理した第1のガラス基板上に秤量した。その後、500μm厚のシリコーンゴム製スペーサーを介して、信越化学工業(株)製接着補助剤(製品名:KBM−5103)をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで1質量%に希釈した溶液を塗布し乾燥することで密着処理した第2のガラス基板(1.0cm角、0.5mm厚)で、前記第1のガラス基板上の光硬化性組成物を挟み込んだ。この挟み込んだ光硬化性組成物を、前記UV照射装置を用いてi線バンドパスフィルター(朝日分光(株)製)を介して20mW/cm2で300秒間UV露光した。露光後得られた硬化物を、前記第1のガラス基板から剥離した後、100℃のホットプレートで10分間加熱することで、前記第2のガラス基板上に、直径0.5cm、厚さ0.5mm及び質量0.01gの硬化膜を作製した。その後、前記硬化膜が作製された第2のガラス基板を、175℃のホットプレートで2分30秒間加熱することで耐熱性試験を行った。
実施例1乃至実施例9及び比較例1乃至比較例3で調製した各インプリント用光硬化性組成物0.040gを、NOVEC(登録商標)1720(スリーエムジャパン(株)製)を塗布し乾燥することで離型処理した第1のガラス基板上に秤量した。その後、500μm厚のシリコーンゴム製スペーサーを介して、信越化学工業(株)製接着補助剤(製品名:KBM−5103)をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで1質量%に希釈した溶液を塗布し乾燥することで密着処理した第2のガラス基板(6cm角、0.7mm厚)で、前記第1のガラス基板上のインプリント用光硬化性組成物を挟み込んだ。この挟み込んだ光硬化性組成物を、前記UV照射装置を用いてi線バンドパスフィルター(朝日分光(株)製)を介して20mW/cm2で300秒間UV露光した。露光後得られた硬化物を、前記第1のガラス基板から剥離した後、100℃のホットプレートで10分間加熱することで、前記第2のガラス基板上に、直径1cm、厚さ0.5mm及び質量0.040gの硬化膜を作製した。同様の操作を繰り返し、前記第2のガラス基板上に3つの該硬化膜を作製した。
実施例5で調製したインプリント用光硬化性組成物5を、ニッケル製の鋳型(2mm径×300μm深さのレンズ型を、縦3列×横5列の計15個配置)及びナノインプリンターを用い、前述の成形体の製造方法に従って、支持体であるガラス基板上でレンズ形状に成形した。なお、使用した鋳型は、予めNOVEC(登録商標)1720(スリーエムジャパン(株)製)で離型処理した。また、使用したガラス基板は、予め信越化学工業(株)製接着補助剤(製品名:KBM−503)で密着処理した。前記鋳型から硬化物を外した後、該硬化物を100℃のホットプレートで10分間加熱することで、前記密着処理したガラス基板上に凸レンズを作製した。
Claims (13)
- 下記(a)成分、下記(b)成分、下記(c)成分、及び下記(d)成分を含み、該(a)成分及び該(b)成分の和100質量部に対し、該(b)成分が30質量部乃至90質量部及び該(c)成分が1質量部乃至100質量部であり、該(a)成分、該(b)成分及び該(c)成分の和100質量部に対し該(d)成分が0.1質量部乃至5質量部である、インプリント用光硬化性組成物。
(a):1分子中に(メタ)アクリロイルオキシ基を少なくとも1つ有する脂環式(メタ)アクリレート化合物(ただし、(b)成分の化合物を除く。)
(b):ウレタン(メタ)アクリレート化合物又はエポキシ(メタ)アクリレート化合物(c):下記式(1)で表されるシラン化合物と下記式(2)で表されるシラン化合物とを含む少なくとも2種のシラン化合物の加水分解重縮合物
(d):光ラジカル開始剤
- 前記脂環式(メタ)アクリレート化合物が1分子中に(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ又は2つ有する、請求項1に記載のインプリント用光硬化性組成物。
- さらに、前記(a)成分、前記(b)成分及び前記(c)成分の和100質量部に対し0.05質量部乃至3質量部の下記(e)成分及び/又は
前記(a)成分、前記(b)成分及び前記(c)成分の和100質量部に対し0.1質量部乃至3質量部の下記(f)成分を含有する、請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のインプリント用光硬化性組成物。
(e):フェノール系酸化防止剤
(f):スルフィド系酸化防止剤 - 前記インプリント用光硬化性組成物は、その硬化物の波長589nmにおける屈折率nDが1.48以上1.55以下であり、かつ該硬化物のアッベ数νDが53以上60以下である、請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載のインプリント用光硬化性組成物。
- 請求項8に記載のインプリント用光硬化性組成物の硬化物。
- 請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載のインプリント用光硬化性組成物をインプリント成形する工程を含む、樹脂レンズの製造方法。
- インプリント用光硬化性組成物の成形体の製造方法であって、請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載のインプリント用光硬化性組成物を、接し合う支持体と鋳型との間の空間、又は分割可能な鋳型の内部の空間に充填する工程、及び該空間に充填されたインプリント用光硬化性組成物を露光して光硬化する工程を含む、成形体の製造方法。
- 前記光硬化する工程の後、得られた光硬化物を取り出して離型する工程、並びに、該光硬化物を、該離型する工程の前、中途又は後において加熱する工程を含む、請求項11に記載の成形体の製造方法。
- 前記成形体がカメラモジュール用レンズである、請求項11又は請求項12に記載の成形体の製造方法。
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