JP7540837B2 - 硬化性組成物およびその硬化物を含む光学部材 - Google Patents
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Description
［関連出願との相互引用］
本出願は２０１９年５月２４日付韓国特許出願第１０－２０１９－００６１４２７号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は２０１９年５月２４日付韓国特許出願第１０－２０１９－００６１４２７号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は高屈折率光学部材形成用硬化性組成物およびその硬化物を含む光学部材に関する。
最近仮想現実デバイス（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｄｅｖｉｃｅ）および拡張現実デバイス（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｄｅｖｉｃｅ）などを用いて、ユーザーに３次元の画像を提供する装置の開発が行われている。仮想現実デバイスまたは拡張現実デバイスは、一般的なメガネのようなレンズに回折導光パターンを形成して所望するイメージをユーザーが見えるようにすることができる。
一般的に、仮想現実デバイスまたは拡張現実デバイス用途のレンズは屈折率が高いガラスを使用する。ガラスは高い屈折率、光透過度、平坦度、強度およびキズ防止効果を有することができるが、破損時にユーザーの眼球に致命的な損傷を与えることがあり、密度が高いため重量が重いので長時間着用するには不便である。
これに対して、高屈折プラスチックの場合、ガラスレンズに比べて軽いため着用しやすく、破損しにくく、破損してもガラスレンズに比べて相対的に安全で、かつ多様な色の実現が可能である。しかし、ガラスレンズに比べて高屈折率と高アッベ数の実現が難しい問題があり、その改善のための研究が必要な実情である。
また、高屈折プラスチック形成用硬化溶液は硬化剤および／または触媒を含むことにより、硬化反応速度が速くなって粘度が急激に増加する傾向を示す。そのため、硬化溶液製造後短時間で硬化液を使い果たさなければならず、残った溶液をさらに保管することが難しい問題がある。
本発明は、長期保管が可能であり、急速な硬化による脈理現象を防止できる高屈折率光学部材形成用硬化性組成物を提供する。
また、本発明は、従来のレンズなどに使われるガラスあるいは強化ガラスに比べて軽く、強度および硬度に優れ、かつ多様な色の実現が可能であり、高屈折率の実現が可能な光学部材を提供する。
本明細書では、エピスルフィド化合物、チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物を含み、前記チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３～９：１である硬化性組成物を提供する。
また、本明細書では、エピスルフィド化合物、チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の硬化物を含み、前記チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３～９：１である光学部材を提供する。
以下、発明の具体的な実施形態による硬化性組成物およびその硬化物を含む光学部材についてより詳細に説明する。
本明細書で使われる用語は単に例示的な実施例を説明するために使われたものであり、本発明を限定しようとする意図ではなく、単数の表現は文脈上明白に異なる意味を示さない限り、複数の表現を含む。
本明細書で使われる「含む」ことの意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および／または群の存在や付加を除外させるものではない。
本明細書で使われる「エピスルフィド化合物」の定義は、１個以上のエピスルフィドを含む化合物を意味し、この際、エピスルフィドはエポキシドの酸素（Ｏ）原子が硫黄（Ｓ）原子に置換された化合物を意味する。
本明細書で使われる「チオール化合物」の定義は、１個以上のチオール基（－ＳＨ）を含む化合物を意味する。
本明細書における「硬化」は、熱硬化および光硬化の両方をいずれも含む意味であり、「硬化性組成物」は熱硬化および／または光硬化が可能な組成物を意味する。
本明細書における高屈折は３５０～８００ｎｍの波長領域または５３２ｎｍの波長で約１．６以上を意味する。
発明の一実施形態によれば、エピスルフィド化合物、チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物を含み、前記チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３～９：１である硬化性組成物が提供される。
従来、硬化液に含まれる硫黄原子の含有量を高めるほど、硬化液の硬化物である光学部材の屈折率が高い傾向を示すことが確認され、したがってチオール化合物などを硬化剤として硬化液に含めていた。しかし、チオール化合物を使用した硬化液の場合、混合直後に硬化反応が行われて粘度が急激に増加し、また急速な硬化によって脈理現象が発生し、このような組成物で形成された光学部材は光学特性および物理的物性などが劣る問題があった。
しかし、本発明者らは、エピスルフィド化合物、チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物を含み、かつチオール化合物と２個以上の水酸基を含む芳香環化合物を特定重量比に制御する場合、混合直後に急速な硬化反応が起きないため長期保管が可能であり、急速な硬化による脈理現象も発生せず、このような硬化性組成物の硬化物である光学部材は、高屈折率を示しながらも、機械的物性および光学的物性に優れ、従来使用されていたガラスやプラスチック素材に代わる光学材料を提供できる事実を発見し、本発明に至った。
そのため、前記硬化性組成物およびその硬化物を含む光学部材は、既存のガラスまたは光学ガラスに代わり、製品や商業分野、例えば、ディスプレイ用基板、ディスプレイ用保護フィルム、タッチパネル、ウェアラブルデバイスのレンズなどに有用に適用することが可能である。
前記一実施形態による硬化性組成物に含まれる前記チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３～９：１，７：３～８．５：１．５、または７：３～８：２であり得る。前記チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比が７：３未満であれば高屈折率を実現することが難しく、９：１を超えると前記硬化性組成物の硬化時に硬化速度の制御が難しいため脈理現象が発生し、硬化性組成物の長期保管が難しい。
前記硬化性組成物に含まれるエピスルフィド化合物は下記化学式１で表される化合物を含み得る。
前記化学式１において、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して水素または炭素数１～１０のアルキルであり、
Ｒ３およびＲ４はそれぞれ独立して単結合または炭素数１～１０のアルキレンであり、
ａは０～４の整数であり、
ｂは０～６の整数であり得る。
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して水素または炭素数１～１０のアルキルであり、
Ｒ３およびＲ４はそれぞれ独立して単結合または炭素数１～１０のアルキレンであり、
ａは０～４の整数であり、
ｂは０～６の整数であり得る。
前記化学式１で表されるエピスルフィド化合物は、分子の両末端にエピスルフィドが連結された脂肪族鎖状骨格を有しており、脂肪族鎖内ではアルキレン基が硫黄（Ｓ）原子によって連結されるチオエーテル（ｔｈｉｏ ｅｔｈｅｒ）形態の繰り返し単位を備えることができる。
前記エピスルフィド化合物は上述した特定の化学構造によって分子内に原子屈折が大きい硫黄（Ｓ）原子を高い含有量で含み得、このような高い硫黄原子含有量によって硬化物の屈折率を高めることができる。
また、前記エピスルフィド化合物は開環重合によって硬化が可能であり、エピスルフィド基の開環重合によって形成されるアルキレンスルフィド基は、硬化物の高屈折率をさらに高めることができる。
一方、前記化学式１において、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して水素またはメチル基であり得るが、これに限定されるものではない。
また、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ独立して単結合、メチレン、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、ブチレン、またはイソブチレンであり得るが、これに限定されるものではない。
また、ａおよびｂはそれぞれ独立して０または１であり得る。
化学式１のａは、チオエーテル繰り返し単位に含まれたアルキレン基の炭素数に関するものであり、ａが過度に大きい場合、分子内に炭素鎖の長さが長くなることにより、硬化時に硬化物のガラス転移温度が低くなり、そのため硬化物の耐熱性が低下する問題が発生し得、また、相対的な硫黄の含有量が低くなることにより硬化物の屈折率が低くなる問題が発生し得る。
化学式１のｂは、アルキレン基が硫黄（Ｓ）原子によって連結されるチオエーテル（ｔｈｉｏ ｅｔｈｅｒ）繰り返し単位の繰り返し数であり、ｂが過度に大きい場合、分子の鎖長が長くなることにより硬化時に硬化物のガラス転移温度が低くなり、そのため硬化物の耐熱性が低下する問題が発生し得る。
また、前記化学式１で表される化合物を単独で使用するか、あるいは２種以上混合して使用することもできる。
前記エピスルフィド化合物は、例えば、ビス（β－エピチオプロピル）スルフィド、ビス（β－エピチオプロピル）ジスルフィド、ビス（β－エピチオプロピルチオ）メタン、１，２－ビス（β－エピチオプロピルチオ）エタン、１，３－ビス（β－エピチオプロピルチオ）プロパン、１，４－ビス（β－エピチオプロピルチオ）ブタンなどからなる群より選ばれた少なくとも一つを含み得るが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。
前記エピスルフィド化合物の含有量は、全体硬化性組成物１００重量％に対して、５０～９９重量％、６０～９５重量％、または７０～９０重量％であり得る。前記エピスルフィド化合物の含有量が過度に多いと、相対的にチオール化合物などの硬化物の含有量が少なくなり、未硬化の副生成物などが発生し、これによって硬化物である光学部材のガラス転移温度を低下させて黄色度（ＹＩ；Ｙｅｌｌｏｗ Ｉｎｄｅｘ）を高める問題がある。反面、前記エピスルフィド化合物の含有量が過度に少ないと、相対的にチオール化合物などの硬化剤の含有量が多くなり、硬化剤が硬化性組成物内に十分に溶解されないか、或いは未硬化の副生成物などが発生し、これによって硬化物である光学部材のガラス転移温度を低下させて黄色度（ＹＩ；Ｙｅｌｌｏｗ Ｉｎｄｅｘ）を高める問題がある。
前記硬化性組成物に含まれるチオール化合物は下記化学式２または３で表される化合物より選ばれる少なくとも一つを含み得る。
前記化学式２において、
Ｒ５およびＲ６はそれぞれ独立して単結合または炭素数１～１０のアルキレンであり、
ｃは０～４の整数であり、
ｄは０～６の整数であり、
前記化学式３において、
Ａ環は窒素（Ｎ）および硫黄（Ｓ）原子のうち１個以上を含む５員または６員の芳香族ヘテロ環であり、
ｅは１～３の整数であり得る。
Ｒ５およびＲ６はそれぞれ独立して単結合または炭素数１～１０のアルキレンであり、
ｃは０～４の整数であり、
ｄは０～６の整数であり、
Ａ環は窒素（Ｎ）および硫黄（Ｓ）原子のうち１個以上を含む５員または６員の芳香族ヘテロ環であり、
ｅは１～３の整数であり得る。
具体的には、前記化学式２で表されるチオール化合物は、分子の両末端にチオール基（－ＳＨ）が連結された脂肪族鎖状骨格を有しており、脂肪族鎖内では、アルキレン基が硫黄（Ｓ）原子によって連結されるチオエーテル（ｔｈｉｏ ｅｔｈｅｒ）形態の繰り返し単位を備えることができる。
一方、化学式３で表されるチオール化合物は、窒素（Ｎ）および／または硫黄（Ｓ）のようなヘテロ原子を含む、５員または６員芳香環に、１個以上のチオール基が連結され得る。
前記化学式２または３で表されるチオール化合物は、前記エピスルフィド化合物との硬化反応、すなわち、エピスルフィド基の開環重合反応において、エピスルフィド基と反応してジスルフィド結合などを形成して硬化物を生成でき、分子内に原子屈折が大きい硫黄（Ｓ）原子を高い含有量で含んで硬化物の屈折率をさらに高めることができる。
ただし、前記エピスルフィド化合物およびチオール化合物のみを含む硬化性組成物の場合、屈折率は高いが、急速な硬化反応が行われて長期保管が難しく脈理現象が発生する問題がある。しかし、前記一実施例による硬化性組成物は、前記２個の水酸基を含む芳香環化合物を特定含有量で含むことによって、高い屈折率、優れた光学特性および機械的特性を維持しながらも、急速な硬化による問題を防止することができる。
一方、前記化学式２において、Ｒ５およびＲ６はそれぞれ独立して単結合、メチレン、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、ブチレン、またはイソブチレンであり得るが、これに限定されるものではない。
また、ｃおよびｄはそれぞれ独立して０または１であり得る。
化学式２のｃは、チオエーテル繰り返し単位に含まれたアルキレン基の炭素数に関するものであり、ｃが過度に大きい場合、分子内の炭素鎖の長さが長くなることにより、硬化時に硬化物のガラス転移温度が低くなり、そのため硬化物の耐熱性が低下する問題が発生し得、また、相対的な硫黄の含有量が低くなることにより硬化物の屈折率が低くなる問題が発生し得る。
化学式１のｄは、アルキレン基が硫黄（Ｓ）原子によって連結されるチオエーテル（ｔｈｉｏ ｅｔｈｅｒ）繰り返し単位の繰り返し数であり、ｄが過度に大きい場合、分子の鎖長が長くなることにより、硬化時に硬化物のガラス転移温度が低くなり、そのため硬化物の耐熱性が低下する問題が発生し得る。
また、前記化学式３において、Ａ環はピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、チオフェン、チアゾールまたはチアジアゾールであり得るが、これに限定されるものではない。
また、ｅは２または３であり得る。
また、前記化学式２または３で表される化合物を単独で使用するか、あるいは２種以上混合して使用することもできる。
前記チオール化合物は、例えば、下記化合物より選ばれた少なくとも一つを含み得る。
前記チオール化合物の含有量は、全体硬化性組成物１００重量％に対して、１～３０重量％、５～２５重量％、または７～１０重量％であり得る。前記チオール化合物の含有量が過度に多いと固形のチオール化合物が硬化性組成物に十分に溶解されず、相対的にエピスルフィド化合物などの他の組成の含有量が少なくなり、未硬化の副生成物などが発生し、これによって硬化物である光学部材のガラス転移温度を低下させて黄色度（ＹＩ；Ｙｅｌｌｏｗ Ｉｎｄｅｘ）を高める問題がある。反面、前記チオール化合物の含有量が過度に少ないと、相対的にエピスルフィド化合物などの他の組成の含有量が多くなり、未硬化の副生成物などが発生し、これによって硬化物である光学部材のガラス転移温度を低下させて黄色度（ＹＩ；Ｙｅｌｌｏｗ Ｉｎｄｅｘ）を高める問題がある。
前記硬化性組成物に含まれる２個以上の水酸基を含む芳香環化合物は下記化学式４および５で表される化合物より選ばれる少なくとも一つを含み得る。
前記化学式４において、
Ｒ７およびＲ８はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、炭素数１～４０のアルキル、炭素数１～４０のアルコキシ、炭素数３～４０のシクロアルキル、炭素数１～４０のアルケニル、炭素数６～６０のアリール、またはＯ、Ｎ、ＳｉおよびＳのうち１個以上を含む炭素数１～４０のヘテロアリールであり、
ｆおよびｇはそれぞれ独立して１～７の整数であり、
ｈおよびｉはそれぞれ独立して０～６の整数であり、
ｆ＋ｈは７以下であり、ｇ＋ｉは７以下であり、
前記化学式５において、
Ａｒ１およびＡｒ２はそれぞれ独立して１個以上の水酸基が置換された炭素数６～６０のアリールであり、
Ｒ９およびＲ１０はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、炭素数１～４０のアルキル、炭素数１～４０のアルコキシ、炭素数３～４０のシクロアルキル、炭素数１～４０のアルケニル、炭素数６～６０のアリール、またはＯ、Ｎ、ＳｉおよびＳのうち１個以上を含む炭素数１～４０のヘテロアリールであり、
ｍおよびｎはそれぞれ独立して０～４の整数であり得る。
Ｒ７およびＲ８はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、炭素数１～４０のアルキル、炭素数１～４０のアルコキシ、炭素数３～４０のシクロアルキル、炭素数１～４０のアルケニル、炭素数６～６０のアリール、またはＯ、Ｎ、ＳｉおよびＳのうち１個以上を含む炭素数１～４０のヘテロアリールであり、
ｆおよびｇはそれぞれ独立して１～７の整数であり、
ｈおよびｉはそれぞれ独立して０～６の整数であり、
ｆ＋ｈは７以下であり、ｇ＋ｉは７以下であり、
Ａｒ１およびＡｒ２はそれぞれ独立して１個以上の水酸基が置換された炭素数６～６０のアリールであり、
Ｒ９およびＲ１０はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、炭素数１～４０のアルキル、炭素数１～４０のアルコキシ、炭素数３～４０のシクロアルキル、炭素数１～４０のアルケニル、炭素数６～６０のアリール、またはＯ、Ｎ、ＳｉおよびＳのうち１個以上を含む炭素数１～４０のヘテロアリールであり、
ｍおよびｎはそれぞれ独立して０～４の整数であり得る。
具体的には、前記化学式４で表される２個以上の水酸基を含む芳香環化合物は、２個のナフタレンが連結された骨格を有しており、それぞれのナフタレンに１個以上の水酸基が連結され得る。
一方、化学式５で表される２個以上の水酸基を含む芳香環化合物は、フルオレンの９位において１個以上の水酸基が置換されたアリール基で２個の置換された形態を示すことができる。
前記化学式４または５で表される前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物は、前記エピスルフィド化合物およびチオール化合物との硬化反応において、２個以上の水酸基がエピスルフィド化合物と開環重合反応して架橋が行われ、チオール化合物に比べて遅い反応速度、例えば、１／１，０００の反応速度で開環重合反応が起きることによって硬化反応速度を制御することができる。また、前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物において、芳香環は脂肪族水酸基に比べて遅い反応速度、例えば、１／２の反応速度で開環重合反応が起きることによって硬化反応速度を制御できるので、硬化性組成物の混合後にも急速な硬化反応が起きることを防止して長期保管、例えば、０℃の温度条件で７日以上硬化反応が行われないようにすることができ、さらに、急速な硬化による脈理現象を防止することができる。
また、前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物は、芳香族官能基の共役（Ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ）系によって硬化物の高屈折率を実現することができ、また、このような芳香族官能基によって、硬化組成物で前記芳香環化合物を含むことにより硫黄原子の含有量が減少しても、屈折率減少を最小化させることができ、さらに、前記硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）を増加させて機械的特性を向上させることができる。
一方、前記化学式４において、Ｒ７およびＲ８はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、メチルまたはエチルであり得るが、これに限定されるものではない。
また、ｆおよびｇはそれぞれ独立して１または２であり得る。
また、ｈおよびｉはそれぞれ独立して０または１であり得る。
また、前記化学式５において、Ａｒ１およびＡｒ２はそれぞれ独立して１または２個の水酸基が置換されたフェニルまたはナフタレニルであり得るが、これに限定されるものではない。
また、Ｒ９およびＲ１０はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、メチルまたはエチルであり得るが、これに限定されるものではない。
また、ｍおよびｎはそれぞれ独立して０または１であり得る。
また、前記化学式４または５で表される化合物を単独で使用するか、あるいは２種以上を混合して使用することもできる。
前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物は、例えば、下記化合物より選ばれた少なくとも一つを含み得る。
前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の含有量は、全体硬化性組成物１００重量％に対して、０．１～１０重量％、０．５～５重量％、または１～３重量％であり得る。前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の含有量が過度に多いと、硬化性組成物に十分に溶解されないか、或いは硬化後の屈折率が低下する問題があり、過度に少ないと硬化反応速度を制御できない問題がある。
前記一実施形態による硬化性組成物は触媒をさらに含み得る。
前記触媒は硬化性組成物の硬化反応を促進する役割をするものであれば、特に限定されないが、例えば、イミダゾール、２－メチルイミダゾール、２－エチルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾール、２－フェニルイミダゾール、４－フェニルイミダゾール、１－シアノエチル－２－フェニルイミダゾール、１－（２－シアノエチル）－２－エチル－４－メチルイミダゾールなどのイミダゾール誘導体；ジシアンジアミド、ベンジルジメチルアミン、４－（ジメチルアミノ）－Ｎ，Ｎ－ジメチルベンジルアミン、４－メトキシ－Ｎ，Ｎ－ジメチルベンジルアミン、４－メチル－Ｎ，Ｎ－ジメチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ－ジシクロヘキシルメチルアミンなどのアミン化合物；アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジドなどのヒドラジン化合物；トリフェニルホスフィンなどのリン化合物などが挙げられる。また、市販されているものとしては、例えば四国化成工業製の２ＭＺ－Ａ、２ＭＺ－ＯＫ、２ＰＨＺ、２Ｐ４ＢＨＺ、２Ｐ４ＭＨＺ（いずれもイミダゾール系化合物の商品名）、サンアプロ社製のＵ－ＣＡＴ３５０３Ｎ、ＵＣＡＴ３５０２Ｔ（いずれもジメチルアミンのブロックイソシアネート化合物の商品名）、ＤＢＵ、ＤＢＮ、Ｕ－ＣＡＴＳＡ１０２、Ｕ－ＣＡＴ５００２（いずれも二環式アミジン化合物およびその塩）などが挙げられる。
前記触媒の含有量は、全体硬化性組成物１００重量％に対して、０．００１～１０重量％、０．０１～５重量％、または０．１～１重量％であり得る。前記触媒の含有量が過度に多いと、硬化反応が急速に進行され、過熱による硬化性組成物取り扱いの安全上の問題があり、長期保管が難しく、脈理現象が発生し得る。一方、触媒の含有量が過度に少ないと、未硬化によって光学および機械的物性が低下し得る。
また、前記硬化性組成物は、この他にも、紫外線吸収剤、ブルーイング剤、顔料など、本発明が属する技術分野で、ディスプレイ用基板に特定機能を付与するために使われるその他の添加剤をさらに含むこともできる。
また、前記硬化性組成物は長期保管が可能であり、特に、触媒が含まれた状態でも長期保管が可能である。また、急速な硬化によって発生する脈理現象を抑制することができる。具体的には、前記硬化性組成物は－５～０℃の温度で１２時間維持された後、常温（２５℃）で測定した粘度が４０００ｃＰ以下、３０００ｃＰ以下、２５００ｃＰ以下、２０００ｃＰ以下、１０００ｃＰ以下、５００ｃＰ以下、３００ｃＰ以下、１００～２００ｃＰであり得る。
発明の他の実施形態によれば、エピスルフィド化合物、チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の硬化物を含み、前記チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３～９：１である光学部材を提供する。
前記光学部材に含まれた前記チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３～９：１、７：３～８．５：１．５、または７：３～８：２であり得る。前記チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３未満であれば高屈折率を実現することが難しく、９：１を超えると脈理現象が発生し得る。
その他、前記光学部材に含まれるエピスルフィド化合物、チオール化合物および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物、添加剤などについては、上述した硬化性組成物について説明したものに代わる。
このような光学部材は、上述した硬化性組成物を硬化させる方法によって製造されることができる。具体的には、上述した硬化性組成物または前記硬化性組成物に各種添加剤を含む均一な組成物を製造し、前記組成物を、ガラス、金属、または高分子樹脂などの成分で製造されたモールドと樹脂性のガスケットを組み合わせた型枠の内部に注入し、加熱して硬化させることができる。この時、成形後最終的に製造された樹脂の取り出しを容易にするためにあらかじめモールドを離型処理したり、上述した組成物に離型剤をさらに添加して使用することもできる。
硬化反応の温度は、使用する化合物の種類および含有量などによって変わるが、一般的に約５０～約１２０℃、または約６０～約１００℃で行い、硬化時間は約０．１～約７２時間、または約０．５～約２４時間で行うことができる。
硬化反応は、上述した所定の重合温度を一定時間の間維持する工程、昇温工程、および降温工程などを組み合わせて行うことができ、反応終了後、約５０～約１５０℃、または約８０～約１２０℃の温度条件で、約１０分～約３時間で後処理して変形を防止することができる。
重合後離型された光学部材は、以後、染色、コーティング、などの工程により多様な機能性を備えることもできる。
前記他の実施形態による光学部材は、屈折率が１．６５以上、１．６５０～１．８００、１．７００～１．８００、または１．７００～１．７５０であり得る。
また、前記光学部材は、透過率、具体的には、厚さが１ｍｍである時ＪＩＳ Ｋ ７３６１に従って測定された透過率値が８０％以上、８０～９９％、または８５～９０％で、非常に高い透過率を有することができる。
また、前記光学部材は、ヘイズ、具体的には厚さが１ｍｍである時ＪＩＳ Ｋ ７１３６に従って測定されたヘイズ値が１％以下、０．０１～１％、または０．０１～０．５％で、非常に低いヘイズ値を有することができる。
また、前記光学部材は、黄色度（ＹＩ；Ｙｅｌｌｏｗ Ｉｎｄｅｘ）、具体的にはＡＳＴＭ Ｅ３１３－１９７３に従って測定された黄色度が１～３０、２～２２、２．１～１０、２．２～５、または２．３～４で、低い黄色度を示すことができる。
前記他の実施形態による光学部材はウェアラブルデバイスに含まれ得、具体的には、ウェアラブルデバイスのレンズ用としてガラスまたは強化ガラスに代えて使われることができる。
すなわち、前記光学部材はガラスと同様の高屈折特性を有しながらも、ガラスあるいは強化ガラスに比べて軽く、強度および硬度などの機械的物性に加え、前述したように光学的物性に優れるため、拡張現実デバイスまたは仮想現実デバイスなどのようなウェアラブルデバイスのレンズとして使われることができる。
本発明によれば、長期保管が可能であり、急速な硬化による脈理現象を防止できる硬化性組成物を提供することができ、前記硬化性組成物の硬化物を含み、従来のレンズなどに使われるガラスあるいは強化ガラスに比べて軽く、強度および硬度に優れ、多様な色の実現が可能であり、高屈折率の実現が可能な光学部材を提供することができる。
以下、発明の具体的な実施例により、発明の作用および効果をより詳細に説明する。ただし、このような実施例は発明の例示として提示されたことに過ぎなく、発明の権利範囲はこれによって定まるものではない。
実施例１
エピスルフィド化合物である下記７０Ａ ９０ｇ、チオール化合物である下記７０Ｂ ９ｇ、および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物である下記Ａ１ １ｇを、２０℃で１時間の間激しく混合した後、気孔大きさが１μｍであるガラスフィルター（ｇｌａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を用いて濾過し、気孔大きさが０．４５μｍであるＰＶＤＦフィルター（ＰＶＤＦ ｆｉｌｔｅｒ）を用いてもう一度濾過を行った。その後、触媒としてＮ，Ｎ－ジシクロヘキシルメチルアミン０．５ｇを添加し、５分間混合して硬化性組成物を製造した。
エピスルフィド化合物である下記７０Ａ ９０ｇ、チオール化合物である下記７０Ｂ ９ｇ、および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物である下記Ａ１ １ｇを、２０℃で１時間の間激しく混合した後、気孔大きさが１μｍであるガラスフィルター（ｇｌａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を用いて濾過し、気孔大きさが０．４５μｍであるＰＶＤＦフィルター（ＰＶＤＦ ｆｉｌｔｅｒ）を用いてもう一度濾過を行った。その後、触媒としてＮ，Ｎ－ジシクロヘキシルメチルアミン０．５ｇを添加し、５分間混合して硬化性組成物を製造した。
横及び縦が１０ｃｍである、ＬＣＤガラス（ＬＣＤ Ｇｌａｓｓ）両側面に１ｍｍ厚さのスライドガラスを置いて、ＬＣＤガラス中央に上述した混合液約５ｇを塗布した後、他のＬＣＤガラスで覆って、鋳型を準備した。これをオーブンに入れ、約６０℃で約１０時間、約９０℃で約４時間の間硬化反応を行った。オーブンから取り出した後、ＬＣＤガラスを除去して平坦なプラスチック試験片（光学部材）を得た。プラスチック試験片の厚さは約１ｍｍであり、このような厚さはミツトヨ社の厚み測定機（Ｍｏｄｅｌ：ＩＤ－Ｃ１１２ＸＢＳ）を用いて測定した。
実施例２～８および比較例１～３
前記エピスルフィド化合物、チオール化合物、および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物として下記表１に記載された化合物および含有量を使用したことを除いては、前記実施例１と同様の方法で硬化性組成物およびその硬化物であるプラスチック試験片（光学部材）を製造した。
前記エピスルフィド化合物、チオール化合物、および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物として下記表１に記載された化合物および含有量を使用したことを除いては、前記実施例１と同様の方法で硬化性組成物およびその硬化物であるプラスチック試験片（光学部材）を製造した。
物性評価
１．光学特性（透過率、ヘイズおよび黄色度）の評価
前記試験片に対して、１ｍｍ基準厚さに硬化した硬化物の厚さ方向に、日本電色工業株式会社製のＣＯＨ－４００分光計を用いて透過率、ヘイズ、および黄色度を測定し、その結果を下記表２に示した。
前記試験片に対して、１ｍｍ基準厚さに硬化した硬化物の厚さ方向に、日本電色工業株式会社製のＣＯＨ－４００分光計を用いて透過率、ヘイズ、および黄色度を測定し、その結果を下記表２に示した。
２．硫黄原子含有量の測定
前記試験片に対して元素分析法を用いて硫黄原子の含有量を測定し、その結果を下記表２に示した。
前記試験片に対して元素分析法を用いて硫黄原子の含有量を測定し、その結果を下記表２に示した。
３．屈折率の測定
前記試験片に対して、Ｅｌｌｉｐｓｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙを用いて５３２ｎｍ波長での屈折率値を測定し、その結果を下記表２に示した。
前記試験片に対して、Ｅｌｌｉｐｓｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙを用いて５３２ｎｍ波長での屈折率値を測定し、その結果を下記表２に示した。
４．長期保管前後の粘度測定
前記硬化性組成物の製造直後、東機産業社のＶｉｓｃｏｍｅｔｅｒ ＴＶ－２２粘度計を用いて常温（２５℃）で粘度を測定し、その結果を下記表２の［粘度－初期］に示した。その後、硬化性組成物を－５℃の温度で１２時間維持した後、同様の方法で常温（２５℃）で粘度を測定し、その結果を下記表２の［粘度－１２時間後］に示した。
前記硬化性組成物の製造直後、東機産業社のＶｉｓｃｏｍｅｔｅｒ ＴＶ－２２粘度計を用いて常温（２５℃）で粘度を測定し、その結果を下記表２の［粘度－初期］に示した。その後、硬化性組成物を－５℃の温度で１２時間維持した後、同様の方法で常温（２５℃）で粘度を測定し、その結果を下記表２の［粘度－１２時間後］に示した。
前記表２を参照すると、本願発明の実施例による硬化物を含む試験片は、透過率が非常に高く、ヘイズおよび黄色度値が低いながらも、相対的に高い屈折率を有することが分かる。また、本願発明の実施例による硬化性組成物は、１２時間保管後でも硬化が起きないので、製造直後使用せずとも長期保管が可能であることが分かる。特に、実施例５および６の場合、１２時間保管後でも粘度が５００ｃＰ以下で非常に低いということを確認した。
一方、前記比較例１～３の硬化性組成物の場合、１２時間保管後いずれも硬化が起き、長期保管が不可能であることを確認した。そのため、比較例１～３の硬化性組成物をレンズなどに活用することが難しい問題があり、急速な硬化によって脈理現象が発生することが予測され得る。
また、比較例４および５の硬化性組成物の場合、１２時間保管後、高屈折レンズなどへの成形が不可能なほどに粘度が高くなるか硬化が起きることを確認した。そのため、比較例４および５の硬化性組成物をレンズなどに活用することが難しい問題があり、急速な硬化によって脈理現象が発生することが予測され得る。
さらに、比較例６および７の硬化性組成物の場合、硬化物を含む試験片のヘイズおよび黄色度が高く、また、屈折率も１．７０未満で低いためウェアラブルデバイスの高屈折レンズ形成用組成物として活用するには適しないことを確認した。
Claims (13)
- エピスルフィド化合物；チオール化合物；および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物；を含み、
前記チオール化合物および前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３～９：１である、高屈折率光学部材形成用硬化性組成物であって、
前記エピスルフィド化合物は下記化学式１で表される化合物を含み、前記チオール化合物は下記化学式２または３で表される化合物より選ばれる少なくとも一つを含み、前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物は下記化学式４および５で表される化合物より選ばれる少なくとも一つを含む、高屈折率光学部材形成用硬化性組成物：
Ｒ １ およびＲ ２ はそれぞれ独立して水素または炭素数１～１０のアルキルであり、
Ｒ ３ およびＲ ４ はそれぞれ独立して単結合または炭素数１～１０のアルキレンであり、
ａは０～４の整数であり、
ｂは０～６の整数である。
Ｒ ５ およびＲ ６ はそれぞれ独立して単結合または炭素数１～１０のアルキレンであり、
ｃは０～４の整数であり、
ｄは０～６の整数であり、
Ａ環は窒素（Ｎ）および硫黄（Ｓ）原子のうち１個以上を含む５員または６員の芳香族ヘテロ環であり、
ｅは１～３の整数である。
Ｒ ７ およびＲ ８ はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、炭素数１～４０のアルキル、炭素数１～４０のアルコキシ、炭素数３～４０のシクロアルキル、炭素数１～４０のアルケニル、炭素数６～６０のアリール、またはＯ、Ｎ、ＳｉおよびＳのうち１個以上を含む炭素数１～４０のヘテロアリールであり、
ｆおよびｇはそれぞれ独立して１～７の整数であり、
ｈおよびｉはそれぞれ独立して０～６の整数であり、
ｆ＋ｈは７以下であり、ｇ＋ｉは７以下であり、
Ａｒ １ およびＡｒ ２ はそれぞれ独立して１個以上の水酸基が置換された炭素数６～６０のアリールであり、
Ｒ ９ およびＲ １０ はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、炭素数１～４０のアルキル、炭素数１～４０のアルコキシ、炭素数３～４０のシクロアルキル、炭素数１～４０のアルケニル、炭素数６～６０のアリール、またはＯ、Ｎ、ＳｉおよびＳのうち１個以上を含む炭素数１～４０のヘテロアリールであり、
ｍおよびｎはそれぞれ独立して０～４の整数である。 - 前記チオール化合物および前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３～８：２である、請求項１に記載の硬化性組成物。
- 前記エピスルフィド化合物は、ビス（β－エピチオプロピル）スルフィド、ビス（β－エピチオプロピル）ジスルフィド、ビス（β－エピチオプロピルチオ）メタン、１，２－ビス（β－エピチオプロピルチオ）エタン、１，３－ビス（β－エピチオプロピルチオ）プロパンおよび１，４－ビス（β－エピチオプロピルチオ）ブタンからなる群より選ばれた少なくとも一つを含む、請求項１または２に記載の硬化性組成物。
- 前記チオール化合物は下記化合物より選ばれた少なくとも一つを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の硬化性組成物：
- 前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物は下記化合物より選ばれた少なくとも一つを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の硬化性組成物：
- 触媒をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の硬化性組成物。
- －５℃の温度で１２時間維持された後の粘度が４０００ｃＰ以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載の硬化性組成物。
- エピスルフィド化合物；チオール化合物；および２個以上の水酸基を含む芳香環化合物；の硬化物を含み、
前記チオール化合物および前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物の重量比は７：３～９：１である、光学部材であって、
前記エピスルフィド化合物は下記化学式１で表される化合物を含み、前記チオール化合物は下記化学式２または３で表される化合物より選ばれる少なくとも一つを含み、前記２個以上の水酸基を含む芳香環化合物は下記化学式４および５で表される化合物より選ばれる少なくとも一つを含む、光学部材：
Ｒ １ およびＲ ２ はそれぞれ独立して水素または炭素数１～１０のアルキルであり、
Ｒ ３ およびＲ ４ はそれぞれ独立して単結合または炭素数１～１０のアルキレンであり、
ａは０～４の整数であり、
ｂは０～６の整数である。
Ｒ ５ およびＲ ６ はそれぞれ独立して単結合または炭素数１～１０のアルキレンであり、
ｃは０～４の整数であり、
ｄは０～６の整数であり、
Ａ環は窒素（Ｎ）および硫黄（Ｓ）原子のうち１個以上を含む５員または６員の芳香族ヘテロ環であり、
ｅは１～３の整数である。
Ｒ ７ およびＲ ８ はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、炭素数１～４０のアルキル、炭素数１～４０のアルコキシ、炭素数３～４０のシクロアルキル、炭素数１～４０のアルケニル、炭素数６～６０のアリール、またはＯ、Ｎ、ＳｉおよびＳのうち１個以上を含む炭素数１～４０のヘテロアリールであり、
ｆおよびｇはそれぞれ独立して１～７の整数であり、
ｈおよびｉはそれぞれ独立して０～６の整数であり、
ｆ＋ｈは７以下であり、ｇ＋ｉは７以下であり、
Ａｒ １ およびＡｒ ２ はそれぞれ独立して１個以上の水酸基が置換された炭素数６～６０のアリールであり、
Ｒ ９ およびＲ １０ はそれぞれ独立して重水素、ハロゲン、シアノ、ニトリル、ニトロ、アミノ、炭素数１～４０のアルキル、炭素数１～４０のアルコキシ、炭素数３～４０のシクロアルキル、炭素数１～４０のアルケニル、炭素数６～６０のアリール、またはＯ、Ｎ、ＳｉおよびＳのうち１個以上を含む炭素数１～４０のヘテロアリールであり、
ｍおよびｎはそれぞれ独立して０～４の整数である。 - 屈折率が１．６５以上である、請求項８に記載の光学部材。
- 透過率が８０％以上である、請求項８又は９に記載の光学部材。
- ヘイズ（Ｈａｚｅ）が１％以下である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の光学部材。
- 黄色度（ＹＩ；Ｙｅｌｌｏｗ Ｉｎｄｅｘ）が１～３０である、請求項８から１１のいずれか一項に記載の光学部材。
- ウェアラブルデバイスのレンズ用である、請求項８から１２のいずれか一項に記載の光学部材。
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