JPWO2016181786A1 - 光センサ装置、光センサ装置を含む電子機器及び赤外線吸収性組成物、並びに赤外線カットフィルタ層の作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1A及び図1Bは、本発明の一実施形態に係る光センサ装置100aを示す。図1Aは光センサ装置の平面概略図を示し、図1Bは平面概略図に示されるA−B線に対応する断面構造を示す。
図5A及び図5Bは、複数の受光素子を有する光センサ装置100bの一例を示す。図5Aは平面図を示し、図5Bは、E−F線に沿った断面構造を示す。
赤外線カットフィルタ層118は、可視光線波長領域の光を透過し、赤外線波長領域の光を遮断するパスフィルタである。赤外線カットフィルタ層118は、波長600〜2000nmの範囲内に極大吸収波長を有する化合物(以下、「赤外線遮蔽材」とも称する。)を含むことが好ましく、例えば、赤外線遮蔽材と、バインダー樹脂及び重合性化合物から選ばれる少なくとも1種とを含む赤外線吸収性組成物を用いて形成することができる。なお、赤外線遮蔽材は、波長650〜1500nmの範囲内に極大吸収波長を有することが好ましく、波長700〜1200nmの範囲内に極大吸収波長を有することがより好ましい。
赤外線遮蔽材としては、例えば、ジイミニウム系化合物、スクアリリウム系化合物、シアニン系化合物、フタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、クアテリレン系化合物、アミニウム系化合物、イミニウム系化合物、アゾ系化合物、アントラキノン系化合物、ポルフィリン系化合物、ピロロピロール系化合物、オキソノール系化合物、クロコニウム系化合物、ヘキサフィリン系化合物、金属ジチオール系化合物、銅化合物、金属酸化物、金属ホウ化物、貴金属からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を用いることができる。これらは、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。
S654、ABS667、ABS670T、IRA693N、IRA735(Exciton製)、SDA3598、SDA6075、SDA8030、SDA8303、SDA8470、SDA3039、SDA3040、SDA3922、SDA7257(H.W.SANDS製)、TAP−15、IR−706(山田化学工業製)等を挙げることができる。
赤外線吸収性組成物は、バインダー樹脂を含有することが好ましい。バインダー樹脂としては特に限定されるものではないが、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリシロキサンよりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
(a)不飽和単量体(1)及び水酸基を有する重合性不飽和化合物を含有してなる単量体の共重合体に、不飽和イソシアネート化合物を反応させて得られる重合体、
(b)不飽和単量体(1)を含有してなる単量体の(共)重合体に、オキシラニル基を有する重合性不飽和化合物を反応させて得られる(共)重合体、
(c)オキシラニル基を有する重合性不飽和化合物及び不飽和単量体(1)を含有してなる単量体の共重合体に、不飽和単量体(1)を反応させて得られる重合体、
(d)オキシラニル基を有する重合性不飽和化合物を含有してなる単量体の(共)重合体に、不飽和単量体(1)を反応させ、更に多塩基酸無水物を反応させて得られる(共)重合体。
なお本明細書において「(共)重合体」とは、重合体及び共重合体を包含する用語である。
(1−I)1個以上のカルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体と含酸素飽和複素環基を有する(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体、
(1−II)1個以上のカルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体とブロックイソシアネート基を有する(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体、
(1−III)側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するカルボキシル基含有重合体、
(1−IV)1個以上のカルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体と他の共重合可能なエチレン性不飽和単量体との共重合体であって、酸価が10〜300mgKOH/gである共重合体。
これら(1−I)〜(1−IV)における好ましい態様は、それぞれ上記した通りである。
赤外線吸収性組成物は、重合性化合物(但し、前記バインダー樹脂を除く。)を含有することが好ましい。本明細書において重合性化合物とは、2個以上の重合可能な基を有する化合物をいう。重合性化合物の分子量は、4,000以下、更に2,500以下、更に1,500以下であることが好ましい。重合可能な基としては、例えば、エチレン性不飽和基、オキシラニル基、オキセタニル基、N−ヒドロキシメチルアミノ基、N−アルコキシメチルアミノ基等を挙げることができる。本発明において、重合性化合物としては、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、又は2個以上のN−アルコキシメチルアミノ基を有する化合物が好ましい。
赤外線吸収性組成物は、通常、溶媒を配合して液状組成物として調製される。溶媒としては、赤外線吸収性組成物を構成する成分を分散又は溶解し、かつこれらの成分と反応せず、適度の揮発性を有するものである限り、適宜に選択して使用することができる。
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル;
乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸アルキルエステル;
メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール、イソブタノール、t−ブタノール、オクタノール、2−エチルヘキサノール、シクロヘキサノール等の(シクロ)アルキルアルコール;
ジアセトンアルコール等のケトアルコール;
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエ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アセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート;
ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のグリコールエーテル;
テトラヒドロフラン等の環状エーテル;
メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等のケトン;
プロピレングリコールジアセテート、1,3−ブチレングリコールジアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセテート等のジアセテート;
3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、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、エトキシ酢酸エチル、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート等のアルコキシカルボン酸エステル;
酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、ぎ酸n−アミル、酢酸i−アミル、プロピオン酸n−ブチル、酪酸エチル、酪酸n−プロピル、酪酸i−プロピル、酪酸n−ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n−プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オ キソブタン酸エチル等の脂肪酸アルキルエステル;
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド又はラクタム;
等を挙げることができる。
本実施形態において、赤外線吸収性組成物には、感光剤を含有することができる。ここで、本明細書において「感光剤」とは、光照射により赤外線吸収性組成物の溶媒に対する溶解性を変化させる性質を有する化合物をいう。このような化合物としては、例えば、光重合開始剤、酸発生剤等を挙げることができる。感光剤は、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。
赤外線吸収性組成物には、分散剤を含有せしめることができる。分散剤としては、例えば、ウレタン系分散剤、ポリエチレンイミン系分散剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系分散剤、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル系分散剤、ポリ(アルキレングリコール)ジエステル系分散剤、ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤、ポリエステル系分散剤、(メタ)アクリル系分散剤等が挙げられ、市販品として、例えば、Disperbyk−2000、Disperbyk−2001、BYK−LPN6919、BYK−LPN21116、BYK−LPN22102(以上、ビックケミー(BYK)社製)等の(メタ)アクリル系分散剤、Disperbyk−161、Disperbyk−162、Disperbyk−165、Disperbyk−167、Disperbyk−170、Disperbyk−182(以上、ビックケミー(BYK)社製)、ソルスパース76500(ルーブリゾール(株)社製)等のウレタン系分散剤、ソルスパース24000(ルーブリゾール(株)社製)等のポリエチレンイミン系分散剤、アジスパーPB821、アジスパーPB822、アジスパーPB880、アジスパーPB881(以上、味の素ファインテクノ(株)社製)等のポリエステル系分散剤の他、BYK−LPN21324(ビックケミー(BYK)社製)を使用することができる。
赤外線吸収性組成物には、必要に応じて、種々の添加剤を含有することもできる。添加剤としては、例えば、ガラス、アルミナ等の充填剤;ポリビニルアルコール、ポリ(フロオロアルキルアクリレート)類等の高分子化合物;フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤等の界面活性剤;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等の密着促進剤;2,2−チオビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチルフェノール、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、3,9−ビス[2−[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−プロピオニルオキシ]−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサ−スピロ[5・5]ウンデカン、チオジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]等の酸化防止剤;2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、アルコキシベンゾフェノン類等の紫外線吸収剤;ポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤;マロン酸、アジピン酸、イタコン酸、シトラコン酸、フマル酸、メサコン酸、2−アミノエタノール、3−アミノ−1−プロパノール、5−アミノ−1−ペンタノール、3−アミノ−1,2−プロパンジオール、2−アミノ−1,3−プロパンジオール、4−アミノ−1,2−ブタンジオール等の残渣改善剤;こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕、フタル酸モノ〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕、ω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート等の現像性改善剤;ブロックイソシアネート化合物等を挙げることができる。
本実施形態に係る赤外線カットフィルタ層118は、例えば、上記した赤外線吸収性組成物を用いて形成することができ、赤外線波長領域における遮光性(赤外線遮蔽性)が高く、絶縁層114や硬化膜120、硬化膜121、カラーフィルタ層122との密着性にも優れる。
(1)本実施形態において、赤外線吸収性組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
(2)塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)塗膜を現像する工程(現像工程)、
(4)塗膜を加熱する工程(加熱工程)、
(5)工程(4)で得られた赤外線カットフィルタ層の一部を除去する工程。
まず、基板上に、赤外線吸収性組成物を塗布し、好ましくは塗布面を加熱(プレベーク)することにより溶媒を除去して、塗膜を形成する。ここでいう基板とは、光電変換層106、又は、絶縁層114、硬化膜120、硬化膜121若しくはカラーフィルタ層122が形成されたフォトダイオードの受光面等を包括する概念であり、実施形態に応じて適宜変更されうる。
工程(2)は、工程(1)で形成された塗膜の一部又は全部に放射線を照射する工程である。この場合、塗膜の一部を露光する際には、例えば、所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光する。前述の通り、光センサ装置の構成1における赤外線カットフィルタ118に隣接して第1電極104が配置されている。従って、赤外線カットフィルタ118を、アルカリ現像性を付与した赤外線吸収性組成物を用いて形成する場合には、フォトマスクのパターンを第1電極104のパターンに対応するものとすればよい。
工程(3)は、工程(2)で得られた塗膜を、アルカリ現像液を用いて現像することにより、不要な部分(ポジ型の場合は放射線の照射部分。ネガ型の場合は放射線の非照射部分。)を溶解除去する工程である。
アルカリ現像液としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等の水溶液が好ましい。
アルカリ現像液には、例えば、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶剤や界面活性剤等を適量添加することもできる。なお、アルカリ現像後は、通常、水洗する。
現像処理法としては、シャワー現像法、スプレー現像法、ディップ(浸漬)現像法、パドル(液盛り)現像法等を適用することができる。現像条件は、常温で5〜300秒が好ましい。
工程(4)では、ホットプレート、オーブン等の加熱装置を用い、工程(1)〜(3)により得られるパターニングされた塗膜、又は、工程(1)及び必要に応じて行われる工程(2)により得られるパターニングされていない塗膜を、比較的高温で加熱することによって、本実施形態における赤外線カットフィルタ層を形成する。これにより、赤外線カットフィルタ層の機械的強度、耐クラック性を高めることができる。
絶縁層114及び硬化膜120は可視光線波長領域及び赤外線波長領域の双方に対し透光性を有することが好ましい。光センサ装置100において、絶縁層114及び硬化膜120を透過する光はなるべく減衰しないことが好ましい。
硬化性組成物を構成する硬化性化合物としては、光又は熱により硬化しうる化合物であればよく、例えば、含酸素飽和複素環基を有する樹脂、側鎖に重合性不飽和基を有する樹脂、ポリシロキサン、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、重合性化合物等を挙げることができる。これらの各種樹脂や重合性化合物の具体例や好ましい態様は、前述と同様である。
本実施形態における光センサ装置100の絶縁層及び硬化膜は、例えば、上記した硬化性組成物を用いて形成することができる。
カラーフィルタ層122は、それぞれ異なる波長帯域の可視光線を透過するパスフィルタである。例えば、カラーフィルタ層122aは赤色光(概ね波長610〜780nm)の波長帯域の光を透過し、カラーフィルタ層122bは緑色光(概ね波長500〜570nm)の波長帯域の光を透過し、カラーフィルタ層122cは青色光(概ね波長430〜460nm)の波長帯域の光を透過することができるパスフィルタによって、それぞれを構成することができる。受光素子102a〜102cには、それぞれカラーフィルタ層122a〜122cの透過光が入射される。
赤外線パスフィルタ層132は、少なくとも近赤外線波長領域の光を透過するパスフィルタである。赤外線パスフィルタ層132は、バインダー樹脂や重合性化合物等に、可視光線波長領域の波長に吸収を有する色素(顔料や染料)を加えて形成することができる。赤外線パスフィルタ層132は、概略700nm未満、好ましくは750nm未満、より好ましくは800nm未満の光を吸収(カット)し、波長700nm以上、好ましくは750nm以上、より好ましくは800nm以上の光を透過する分光透過特性を有している。
図8Aは電子機器140の一例を示す上面図であり、図8Bは正面図を示す。電子機器140は筐体142、表示パネル144、マイクロホン部146、スピーカ部148、光センサ装置100を含む。表示パネル144はタッチパネルが採用され、表示機能に加え入力機能を兼ね備えている。
赤外線遮蔽材としてYMF−02A(住友金属鉱山株式会社製。セシウムタングステン酸化物(Cs0.33WO3、平均分散粒径800nm以下)の18.5質量%分散液)を24.0質量部、バインダー樹脂として下記方法により調製したバインダー樹脂溶液Aを45.0質量部、重合性化合物としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを10.7質量部、重合開始剤としてNCI−930(株式会社ADEKA製)を1.50質量部、添加剤としてフッ素系界面活性剤であるフタージェントFTX−218(株式会社ネオス社製)を0.13質量部および下記方法により調製したフィラー分散液Aを35.7質量部混合し、赤外線吸収性組成物(S−118−1)を調製した。
この透過率測定において、入射角30°の条件、即ちガラス基板に対して30°の角度から分光透過率を測定したところ、入射角0°の条件で測定した分光透過率と一致することを確認した。即ち、実施例1においては、赤外線カットフィルタ層は入射角依存性を有さないといえる。
残膜率が100〜90%の場合を「○」
残膜率が90未満〜50%の場合を「△」
残膜率が50未満〜0%の場合を「×」
赤外線吸収性組成物(S−118−1)に代えて、以下の方法で調製した赤外線吸収性組成物(S−118−2)を用いた以外は実施例1と同様にして、ガラス基板Aを作製し、実施例1と同様にして評価した。評価結果を表2に示す。
赤外線吸収性組成物(S−118−1)に代えて、以下の方法で調製した赤外線吸収性組成物(S−118−3)を用いた以外は実施例1と同様にして、ガラス基板Aを作製し、実施例1と同様にして評価した。評価結果を表2に示す。
赤外線吸収性組成物(S−118−1)に代えて、以下の方法で調製した赤外線吸収性組成物(S−118−4)を用いた以外は実施例1と同様にして、ガラス基板Aを作製し、実施例1と同様にして評価した。評価結果を表2に示す。
赤外線吸収性組成物(S−118−1)に代えて、以下の方法で調製した赤外線吸収性組成物(S−118−5)を用いた以外は実施例1と同様にして、ガラス基板Aを作製し、実施例1と同様にして評価した。評価結果を表2に示す。
実施例1において、YMF−02A(住友金属鉱山株式会社製。セシウムタングステン酸化物(Cs0.33WO3、平均分散粒径800nm以下)の18.5質量%分散液)を用いなかった以外は実施例1と同様にして赤外線吸収性組成物(S−118−6)を調製し、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を表2に示す。
なお、比較例1のガラス基板Aは赤外線カットフィルタ層を有さないので、入射角依存性の評価は行っていない。
実施例1において、赤外線吸収性組成物(S−118−1)を用いて赤外線カットフィルタ層を形成する代わりに、下記方法により作製した誘電体多層膜を有する赤外線遮蔽フィルタを絶縁層114上に載置することにより、ガラス基板Aを作製した。そして得られたガラス基板Aについて、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を表2に示す。なお、赤外線カットフィルタ層の作製方法が実施例1〜5及び比較例1とは異なるため、密着性評価は行っていない。
Claims (13)
- 可視光線波長帯域から赤外線波長帯域にかけて分光感度を有する受光素子と、前記受光素子の受光面上に設けられた赤外線波長帯域の光を遮断して可視光線波長帯域の光を透過させる赤外線カットフィルタ層と、を含むことを特徴とする光センサ装置。
- 可視光線波長帯域から赤外線波長帯域にかけて分光感度を有する第1受光素子及び第2受光素子と、前記第1受光素子の受光面上に設けられた赤外線波長帯域の光を遮断して可視光線波長帯域の光を透過させる赤外線カットフィルタ層と、前記第2受光素子の受光面上に設けられた赤外線波長領域に透過帯域を有する赤外線パスフィルタ層と、を含むことを特徴とする光センサ装置。
- 前記受光素子の受光面を被覆する硬化膜が設けられ、前記赤外線カットフィルタ層は前記硬化膜に接して設けられている、請求項1又は2に記載の光センサ装置。
- 前記光センサ装置が、照度センサ、近接センサ又はカラーセンサである、請求項1又は2に記載の光センサ装置。
- 前記受光素子の受光面上にカラーフィルタ層が設けられ、前記赤外線カットフィルタ層は前記カラーフィルタ層に接して設けられている、請求項1又は2に記載の光センサ装置。
- 前記赤外線カットフィルタ層は、膜厚が0.1〜50μmである、請求項1又は2に記載の光センサ装置。
- 前記赤外線カットフィルタ層は、波長600〜2000nmの範囲内に極大吸収波長を有する赤外線遮蔽材を含み、且つ前記赤外線遮蔽材の割合が、全固形分質量に対して0.1〜80質量%である、請求項1又は2に記載の光センサ装置。
- 前記赤外線カットフィルタ層は、波長600〜2000nmの範囲内に極大吸収波長を有する赤外線遮蔽材と、バインダー樹脂及び重合性化合物から選ばれる少なくとも1種とを含む赤外線吸収性組成物を用いて形成されたものである、請求項1又は2に記載の光センサ装置。
- 前記バインダー樹脂が、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂およびポリシロキサンよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項8に記載の光センサ装置。
- 前記赤外線遮蔽材が、ジイミニウム系化合物、スクアリリウム系化合物、シアニン系化合物、フタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、クアテリレン系化合物、アミニウム系化合物、イミニウム系化合物、アゾ系化合物、アントラキノン系化合物、ポルフィリン系化合物、ピロロピロール系化合物、オキソノール系化合物、クロコニウム系化合物、ヘキサフィリン系化合物、金属ジチオール系化合物、銅化合物、金属酸化物、金属ホウ化物、貴金属からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、請求項7又は8に記載の光センサ装置。
- 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光センサ装置を有することを特徴とする電子機器。
- 波長600〜2000nmの範囲内に極大吸収波長を有する赤外線遮蔽材と、バインダー樹脂及び重合性化合物から選ばれる少なくとも1種とを含む、請求項1又は2に記載の赤外線カットフィルタ層の形成に用いられる赤外線吸収性組成物。
- 基板上に請求項12に記載の赤外線吸収性組成物によって塗膜を形成する工程、
前記塗膜の一部に放射線を照射する工程、
前記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
前記現像された塗膜を加熱する工程
を含む赤外線カットフィルタ層の作製方法。
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