JPWO2018055966A1 - 組成物、形成体、積層体、遠赤外線透過フィルタ、固体撮像素子、赤外線カメラおよび赤外線センサ - Google Patents

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Abstract

波長1〜14μmの範囲の光を選択的に透過させる形成体を製造可能な組成物、形成体、積層体、遠赤外線透過フィルタ、固体撮像素子、赤外線カメラおよび赤外線センサを提供する。組成物は、金属粒子と、樹脂とを含み、波長1〜14μmの範囲において、波長帯幅が1μm以上の波長帯Aと、波長帯Aよりも吸光度が低い波長帯幅が1μm以上の波長帯Bとを有し、波長帯Aの吸光度の最小値Aminと波長帯Bの吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である。

Description

本発明は、組成物、形成体、積層体、遠赤外線透過フィルタ、固体撮像素子、赤外線カメラおよび赤外線センサに関する。
近年、赤外線を選択的に遮光ないし透過するフィルタの検討が進められている。このようなフィルタの一例として、近赤外線カットフィルタなどが知られている。
ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、カメラ機能付き携帯電話などには、カラー画像の固体撮像素子である、CCD(電荷結合素子)や、CMOS(相補型金属酸化膜半導体)が用いられている。これら固体撮像素子は、その受光部において赤外線に感度を有するシリコンフォトダイオードを使用しているために、近赤外線カットフィルタを使用して視感度補正を行うことがある。例えば、特許文献1には、セシウム酸化タングステンを含む組成物を用いて、800〜1300nmの波長領域の透過率が60%以下の近赤外線カットフィルタを製造することが記載されている。
特開2014−199925号公報
近年、より長波長の赤外線(例えば、波長1μm以上の光)を用いてセンシングすることが検討されている。一方、特許文献1に記載された近赤外線カットフィルタは、800〜1300nmの波長領域の光の少なくとも一部を遮光するものであると記載されている。しかしながら、この近赤外線カットフィルタは、波長1μmを超える光の透過性が高く、波長1μm以上の光を用いたセンシング用途に適用する場合、改良の余地があった。
よって、本発明の目的は、波長1〜14μmの範囲の光を選択的に透過させる形成体を製造可能な組成物を提供することにある。また、前述の組成物を用いた形成体、積層体、遠赤外線透過フィルタ、固体撮像素子、赤外線カメラおよび赤外線センサを提供することにある。
かかる状況のもと、本発明者らが鋭意検討を行った結果、以下の構成とすることにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。よって、本発明は以下を提供する。
<1> 金属粒子と、樹脂と、を含む組成物であって、
組成物は、波長1〜14μmの範囲において、波長帯幅が1μm以上の波長帯Aと、波長帯Aよりも吸光度が低く、波長帯幅が1μm以上の波長帯Bと、を有し、
波長帯Aの吸光度の最小値Aminと波長帯Bの吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である組成物。
<2> 波長帯Bが波長帯Aよりも長波長側にある、<1>に記載の組成物。
<3> 波長帯Bが波長帯Aよりも短波長側にある、<1>に記載の組成物。
<4> 波長1〜3μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である、<1>または<2>に記載の組成物。
<5> 波長3〜5μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である、<1>または<2>に記載の組成物。
<6> 波長8〜10μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長12〜14μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である、<1>または<2>に記載の組成物。
<7> 波長12〜14μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である、<1>または<3>に記載の組成物。
<8> 金属粒子の25℃におけるバンドギャップエネルギーが、1.0eV以下である、<1>〜<7>のいずれか1つに記載の組成物。
<9> 金属粒子が、Rh、W、Ta、Cr、Bi、Ag、Fe、Co、Mg、Mn、Ba、V、Pb、Ti、SrおよびZrから選ばれる少なくとも1つの金属原子を含む、<1>〜<8>のいずれか1つに記載の組成物。
<10> <1>〜<9>のいずれか1つに記載の組成物を用いた形成体。
<11> 波長8〜14μmの範囲における平均屈折率が1.3〜5.0である、<10>に記載の形成体。
<12> 形成体の形状が、膜状、平板状またはレンズ状である、<10>または<11>に記載の形成体。
<13> 遠赤外線透過フィルタ用である、<10>〜<12>のいずれか1つに記載の形成体。
<14> 基材上に、<10>〜<13>のいずれか1つに記載の形成体を有する積層体。
<15> 形成体の波長10μmにおける屈折率n1と、形成体に対して形成体の厚み方向で接する層の波長10μmにおける屈折率n2が、以下の関係を満たす、<14>に記載の積層体。
(n2)0.5−1≦n1≦(n2)0.5+1
<16> <10>〜<13>のいずれか1つに記載の形成体、または、<14>もしくは<15>に記載の積層体を有する遠赤外線透過フィルタ。
<17> <16>に記載の遠赤外線透過フィルタを有する固体撮像素子。
<18> <16>に記載の遠赤外線透過フィルタを有する赤外線カメラ。
<19> <16>に記載の遠赤外線透過フィルタを有する赤外線センサ。
本発明によれば、波長1〜14μmの範囲の光を選択的に透過させる形成体を製造可能な組成物を提供することが可能になる。これにより、塗布プロセスなどで簡便に遠赤外線透過フィルタなどの形成体を製造でき、各種センサなどの低背化が可能となる。また、組成物にフォトリソグラフィ性能を持たせた場合には、微細なパターン形成による機能向上も可能となる。また、前述の組成物を用いた形成体、積層体、遠赤外線透過フィルタ、固体撮像素子、赤外線カメラおよび赤外線センサを提供することが可能になる。
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「全固形分」とは、組成物の全成分から溶剤を除いた成分の総質量をいう。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換及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。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。
本明細書において、「(メタ)アリル」は、アリルおよびメタリルを表し、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートを表し、「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルを表し、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル及びメタクリロイルを表す。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、光を用いた露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた描画も露光に含める。また、露光に用いられる光としては、一般的に、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等の活性光線または放射線が挙げられる。
本明細書において、「遠赤外線」とは、波長0.7〜1000μmの光(電磁波)を意味する。
本明細書において、重量平均分子量および数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したポリスチレン換算値として定義される。
<組成物>
本発明の組成物は、金属粒子と、樹脂とを含む組成物であって、
上述の組成物は、波長1〜14μmの範囲において、波長帯幅が1μm以上の波長帯Aと、波長帯Aよりも吸光度が低く、波長帯幅が1μm以上の波長帯Bとを有し、
波長帯Aの吸光度の最小値Aminと波長帯Bの吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上であることを特徴とする。
本発明の組成物によれば、波長帯Aの波長領域の光を遮光し、波長帯Bの波長領域の光を透過させる形成体を製造でき、波長1〜14μmの範囲における特定の波長の光を選択的に透過させる形成体を好適に製造できる。このような形成体は、遠赤外線透過フィルタなどに好ましく用いることができる。また、波長帯Aおよび波長帯Bの波長帯幅がそれぞれ1μm以上であるので、透過および遮光させる光の波長帯域が広い形成体を得ることができる。このため、このような形成体を赤外線カメラや、赤外線センサなどに用いた場合において、シグナルとノイズの差を大きくすることができ、センサの感度を高めることができる。また、本発明の組成物を基材上またはセンサ上にオンチップにて適用したり、本発明の組成物を射出、プレスおよび押出しなどの各種成形方法を用いて、形成体を製造することができるので、形成体の製造が容易であり、更には、低コストで形成体を製造できる。なお、本発明において「遠赤外線透過フィルタ」とは、任意の波長の遠赤外線のみを選択的に透過させるフィルタのみならず、任意の波長の遠赤外線のみを選択的に遮光させるフィルタも含まれる。
本発明の組成物における上記吸光度の条件は、どのような手段によって達成されても良いが、例えば、後に詳述するように、組成物に、金属粒子と樹脂とを含有させるとともに、これらの種類及び含有量を調整することにより、上記吸光度の条件を好適に達成できる。例えば金属粒子として、25℃におけるバンドギャップエネルギーが、1.0eV以下(より好ましくは0.01〜0.5eV、更に好ましくは0.01〜0.3eV)の金属粒子を用いることで、上記吸光度の条件を満たす組成物とすることができる。金属粒子の詳細については後述する。
本発明の組成物が有する分光特性については、上述したAmin/Bmaxの値は、3以上であることが好ましく、4以上であることがより好ましく、5以上であることが更に好ましい。上限は、例えば、90以下とすることができる。
ある波長λにおける吸光度Aλは、以下の式(1)により定義される。
Aλ=−log(Tλ/100) ・・・(1)
Aλは、波長λにおける吸光度であり、Tλは、波長λにおける透過率(%)である。
本発明において、吸光度の値は、溶液の状態で測定した値であってもよく、組成物を用いて製膜した膜(形成体)での値であってもよい。膜の状態で吸光度を測定する場合は、ガラス基材等の基材上にスピンコート等の方法により、乾燥後の膜の厚さが所定の厚さとなるように組成物を塗布し、ホットプレートを用いて100℃、120秒間乾燥して調製した膜を用いて測定することが好ましい。膜の厚さは、膜を有する基材について、触針式表面形状測定器(ULVAC社製 DEKTAK150)を用いて測定することができる。
また、吸光度は、従来公知の分光光度計を用いて測定できる。吸光度の測定条件は特に限定はないが、波長帯Aにおける吸光度の最小値Aminが、0.1〜3.0になるように調整した条件で、波長帯Bにおける吸光度の最大値Bmaxを測定することが好ましい。このような条件で吸光度を測定することで、測定誤差をより小さくできる。波長帯Aにおける吸光度の最小値Aminが0.1〜3.0になるように調整する方法としては、特に限定はない。例えば、組成物の状態で吸光度を測定する場合は、試料セルの光路長を調整する方法が挙げられる。また、膜の状態で吸光度を測定する場合は、膜厚を調整する方法などが挙げられる。
本発明の組成物において、上述の波長帯Bは、上述の波長帯Aよりも長波長側または短波長側に有することが好ましい。
本発明の組成物において、上述の波長帯Aにおける吸光度の最小値Aminと最大値Amaxとの比率であるAmin/Amaxは、0.1〜1.0であることが好ましく、0.3〜1.0であることがより好ましく、0.5〜1.0であることが更に好ましい。また、上述の波長帯Bにおける吸光度の最小値Bminと最大値Bmaxとの比率であるBmin/Bmaxは、0.001〜1.0であることが好ましく、0.01〜1.0であることがより好ましく、0.02〜1.0であることが更に好ましい。
組成物の好ましい態様としては、以下の(1)〜(4)が挙げられる。
(1)波長1〜3μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である態様の組成物。
(2)波長3〜5μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である態様の組成物。
(3)波長8〜10μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長12〜14μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である態様の組成物。
(4)波長12〜14μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である態様の組成物。
上記の(1)の態様の組成物によれば、波長1〜3μmの光を遮光し、波長8〜10μmの光を透過させる形成体を製造することができる。この形成体は、例えば、波長8.9〜9.9μmの光を用いたセンシングに好ましく用いることができる。
上記の(2)の態様の組成物によれば、波長3〜5μmの光を遮光し、波長8〜10μmの光を透過させる形成体を製造することができる。この形成体は、例えば、波長8.9〜9.9μmの光を用いたセンシングに好ましく用いることができる。
上記の(3)の態様の組成物によれば、波長8〜10μmの光を遮光し、波長12〜14μmの光を透過させる形成体を製造することができる。この形成体は、例えば、波長12.5〜13.5μmの光を用いたセンシングに好ましく用いることができる。
上記の(4)の態様の組成物によれば、波長12〜14μmの光を遮光し、波長8〜10μmの光を透過させる形成体を製造することができる。この形成体は、例えば、波長8.9〜9.9μmの光を用いたセンシングに好ましく用いることができる。
以下、本発明の組成物の各成分について詳細に説明する。
<<金属粒子>>
本発明の組成物は金属粒子を含有する。金属粒子としては、25℃におけるバンドギャップエネルギーが、1.0eV以下(より好ましくは0.01〜0.5eV、更に好ましくは0.01〜0.3eV)の金属粒子を好ましく用いることができる。
金属粒子のバンドギャップエネルギーは、分光光度計で金属粒子の吸光度を測定して測定できる。具体的には、金属粒子のバンドギャップエネルギーは以下の方法で測定できる。
紫外可視近赤外分光光度計U−4150((株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて、波長400〜2500nmの範囲における金属粒子の吸光度を測定し、NICOLET6700FT−IR(Thermo Scientific製)を用いて、波長2.5μm〜25μmの範囲における金属粒子の吸光度を測定した。上記の方法で測定した吸光度について、縦軸を(ahv)0.5、横軸をエネルギー値(eV)とするグラフにプロットして、(ahv)0.5−eV曲線に変換する。ここで、(ahv)0.5−eV曲線とは、縦軸を(ahv)0.5、横軸をエネルギー値(eV)とするグラフである。aは、吸光度であり、hはプランク定数であり、vは振動数である。
また、ある波長λ1におけるエネルギー値E1は以下の関係にある。以下の関係式から波長をエネルギー値に変換できる。
1=1240/λ1
1の単位はeVで、λ1の単位はnmである。
上記の(ahv)0.5−eV曲線において、(ahv)0.5の値が立ち上がる部分の接線と、(ahv)0.5の値が立ち上がる前の部分における接線との交点におけるエネルギー値を算出し、前述の交点におけるエネルギー値をバンドギャップエネルギーとする。
金属粒子としては、波長10μmにおける屈折率が1.3〜5.0であることが好ましい。波長10μmにおける屈折率の下限は、1.35以上が好ましく、1.4以上がより好ましい。上限は、4.5以下が好ましく、4.0以下がより好ましい。本発明において、金属粒子の屈折率は、バルク結晶の数値が既知の材料については、公知の数値を用い、バルク結晶の値が知られていない材料については、測定対象の金属粒子で構成される化合物の蒸着膜を形成し、J.A.Woollam社製IR−VASEで測定した値を用いる。
金属粒子の平均一次粒子径は、100nm以下が好ましく、50nm以下がより好ましい。下限は、たとえは、1nm以上とすることができ、10nm以上とすることもできる。金属粒子の平均一次粒子径が100nm以下であれば、赤外線の散乱を抑制し、透過率を高めるという効果が期待できる。本発明において、金属粒子の平均一次粒子径としては、金属粒子の一次粒子径の粒度分布から算出された金属粒子の一次粒子の数平均径を用いた。金属粒子の一次粒子径は、金属粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察し、金属粒子が凝集していない部分を観測することで求めることができる。金属粒子の一次粒子の粒度分布は、金属粒子の一次粒子を透過型電子顕微鏡で撮影した後、その写真を画像処理装置で画像処理して求めることができる。透過型電子顕微鏡としては、(株)日立製作所製電子顕微鏡(H−7000)を用いることができる。画像処理装置としては、(株)ニレコ製ルーゼックスAPを用いることができる。
金属粒子としては、金属化合物の粒子を用いることができる。金属化合物としては、例えば、金属酸化物、金属ケイ化物、チタン酸化合物、ジルコン酸化合物、チタン酸ジルコン酸化合物、金属リン酸化合物、金属フッ素化化合物、金属カルコゲナイドなどが挙げられる。
金属酸化物としては、鉄酸化物(Fe23、Fe34、FeO、BaFe1219、SrFe1219、MFe24(M=Ni、Co、Mn、Cu、Zn、Caなど))、アルミニウム酸化物(Al23など)、コバルト酸化物(CoO、Co23)、チタン酸化物(Ti23、Ti35など)、バナジウム酸化物(V23、V24、V25)、マンガン酸化物(MnO、MnO2)、タンタル酸化物(Ta25)、タングステン酸化物(WO3)、セリウム酸化物(CeO2)、ロジウム酸化物(Rh23)などが挙げられる。
金属ケイ化物としては、例えば、以下が挙げられる。
(1)M2Si(M=Mg、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Ptなど)
(2)MSi(M=K、Rb、Cs、Ca、Ce、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Pdなど)
(3)MSi2(M=Ca、Sr、Ba、Ce、Ti、Zr、Th、V、Nb、Ta、Mo、W、U、Pu、Mn、Re、Fe、Co、Niなど)
金属ケイ化物は、単独化合物でも良く、Mが複数存在した混晶でも良い。
チタン酸化合物としては、MTiO3(M=Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、Ra、Cu、Znなど)、Ce(TiO32、Bi(TiO33などが挙げられる。チタン酸化合物は、単独化合物でも良く、Mが複数存在した混晶でも良い。
ジルコン酸化合物としては、Li2ZrO3、MZrO3(M=Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、Raなど)などが挙げられる。ジルコン酸化合物は、単独化合物でも良く、Mが複数存在した混晶でも良い。
チタン酸ジルコン酸化合物としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸バリウムなどが挙げられる。
金属リン酸化合物としては、例えばリン酸と遷移金属元素との化合物などが挙げられる。例えばAg3PO4、AlPO4、SbPO4、BiPO4、Hg3PO4、YbSO4等が挙げられる。
金属フッ素化化合物としては、例えばLiF、NaF、MgF2、SrF2、BaF2、VF3、VF4、CrF3、BiF3等が挙げられる。
金属カルコゲナイドとしては、遷移金属元素とカルコゲン元素(S、Se、Te)との化合物が挙げられる。例えば、Ag2S、Ag2Se、Ag2Te、Cu2S、CuS、Cu2Se、CuSe、Cu2Te、CuTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、PbSなどが挙げられる。
本発明において、金属粒子としては、Rh、W、Ta、Cr、Bi、Ag、Fe、Co、Mg、Mn、Ba、V、Pb、Ti、SrおよびZrから選ばれる少なくとも1つの金属原子を含む金属粒子を好ましく用いることができる。
本発明で好ましく用いることができる金属粒子の具体例としては以下が挙げられる。Rh23粒子、Ag2S粒子、FeSi2粒子、CoO粒子、Mg2Si粒子、MnSi粒子、MnO2粒子、BaSi2粒子、V23粒子、PbS粒子、Ag2Te粒子、Ti23粒子、SrZrO3粒子、BaZrO3粒子、Ta25粒子、WO3粒子、CrF3粒子、BiF3粒子、Li2ZrO3粒子、CaZrO3粒子、CuTiO3粒子、ZnTiO3粒子、Ce(TiO32粒子、Bi(TiO33粒子、CaTiO3粒子、BaTiO3粒子、Ag2SとAg2Teとの混晶物からなる粒子、CoOとMnO2との混晶物からなる粒子、Ti23とV23との混晶物からなる粒子、Mg2SiとBaSi2との混晶物からなる粒子などが挙げられる。
上記の金属粒子のうち、例えば、Rh23粒子、Ag2S粒子、FeSi2粒子、Mg2Si粒子、MnSi粒子、MnO2粒子、Ag2Te粒子、CrF3粒子、BiF3粒子、Li2ZrO3粒子、CaZrO3粒子、CuTiO3粒子、ZnTiO3粒子、Ce(TiO32粒子、Bi(TiO33粒子、CaTiO3粒子、BaTiO3粒子およびMg2SiとBaSi2との混晶物からなる粒子から選ばれる1つ以上を用いることで、上述の(1)の分光特性を有する組成物とすることができる。
また、上記の金属粒子のうち、例えば、BaSi2粒子、V23粒子、PbS粒子、Ag2SとAg2Teとの混晶物からなる粒子、CoOとMnO2との混晶物からなる粒子、Ti23とV23との混晶物からなる粒子およびBaSi2とBaZrO3との混晶物からなる粒子から選ばれる1つ以上を用いることで、上述の(2)の分光特性を有する組成物とすることができる。
また、上記の金属粒子のうち、例えば、CoO粒子およびTi23粒子から選ばれる1つ以上を用いることで、上述の(3)の分光特性を有する組成物とすることができる。
また、上記の金属粒子のうち、例えば、Ta25粒子、WO3粒子、SrZrO3粒子およびBaZrO3粒子から選ばれる1つ以上を用いることで、上述の(4)の分光特性を有する組成物とすることができる。
金属粒子の形状は、特に限定はされず、等方性形状(例えば、球状、多面体状等)、異方性形状(例えば、針状、棒状、板状等)、不定形状等の形状が挙げられる。
金属粒子は、表面処理剤により表面処理されたものであってもよい。表面処理剤としては、ポリオール、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、シリカ(酸化ケイ素)、含水シリカ、アルカノールアミン、ステアリン酸、オルガノシロキサン、酸化ジルコニウム、ハイドロゲンジメチコン、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などが挙げられる。表面処理は、1種類単独の表面処理剤を用いて行ってもよく、2種類以上の表面処理剤を組み合わせて行ってもよい。
金属粒子の含有量は、組成物の全固形分に対して、1〜99質量%であることが好ましい。下限は、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、30質量%以上が更に好ましく、40質量%以上が特に好ましい。上限は、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、85質量%以下が更に好ましく、80質量%以下が特に好ましい。
<<樹脂>>
本発明の組成物は、樹脂を含む。樹脂は、例えば、金属粒子などの各種粒子を組成物中で分散させる用途や、バインダーの用途で配合される。なお、主に金属粒子等を組成物中で分散させるために用いられる樹脂を分散剤ともいう。ただし、樹脂のこのような用途は一例であって、このような用途以外を目的として樹脂を使用することもできる。
樹脂の重量平均分子量(Mw)は、2,000〜2,000,000が好ましい。上限は、1,000,000以下が好ましく、500,000以下がより好ましい。下限は、3,000以上が好ましく、5,000以上がより好ましい。
樹脂の含有量は、組成物の全固形分に対して0.1〜80質量%であることが好ましい。下限は、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましい。上限は、70質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましい。樹脂は1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。樹脂を2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
(バインダー)
本発明の組成物は、バインダーとしての樹脂を含有することが好ましい。バインダーとしては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、(メタ)アクリルアミド樹脂、エポキシ樹脂、エン・チオール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリアリーレンエーテルフォスフィンオキシド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、シロキサン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂から1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。環状オレフィン樹脂としては、耐熱性向上の観点からノルボルネン樹脂が好ましく用いることができる。ノルボルネン樹脂の市販品としては、例えば、JSR(株)製のARTONシリーズ(例えば、ARTON F4520)などが挙げられる。
また、樹脂は、酸基を有する樹脂を用いることもできる。酸基としては、例えば、カルボキシル基、リン酸基、スルホ基、フェノール性ヒドロキシ基などが挙げられる。これら酸基は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。酸基を有する樹脂はアルカリ可溶性樹脂として用いることもできる。また、分散剤として用いることもできる。
酸基を有する樹脂の重量平均分子量(Mw)は、5,000〜200,000であることが好ましい。上限は、100,000以下が好ましく、20,000以下がより好ましい。また、数平均分子量(Mn)は、1,000〜20,000であることが好ましい。
酸基を有する樹脂の酸価は、30〜500mgKOH/gが好ましい。下限は、50mgKOH/g以上がより好ましく、70mgKOH/g以上が更に好ましい。上限は、400mgKOH/g以下がより好ましく、200mgKOH/g以下がさらに好ましく、150mgKOH/g以下が特に好ましく、120mgKOH/g以下が最も好ましい。
酸基を有する樹脂としては、側鎖にカルボキシル基を有するポリマーが好ましい。具体例としては、メタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体、ノボラック樹脂などのアルカリ可溶性フェノール樹脂、側鎖にカルボキシル基を有する酸性セルロース誘導体、ヒドロキシル基を有するポリマーに酸無水物を付加させた樹脂が挙げられる。特に、(メタ)アクリル酸と、これと共重合可能な他のモノマーとの共重合体が、アルカリ可溶性樹脂として好適である。(メタ)アクリル酸と共重合可能な他のモノマーとしては、アルキル(メタ)アクリレート、アリール(メタ)アクリレート、ビニル化合物などが挙げられる。アルキル(メタ)アクリレートおよびアリール(メタ)アクリレートとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、トリル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等、ビニル化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、グリシジルメタクリレート、アクリロニトリル、ビニルアセテート、N−ビニルピロリドン、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ポリスチレンマクロモノマー、ポリメチルメタクリレートマクロモノマー等が挙げられる。また他のモノマーは、特開平10−300922号公報に記載のN位置換マレイミドモノマー、例えば、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド等を用いることもできる。なお、これらの(メタ)アクリル酸と共重合可能な他のモノマーは1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
酸基を有する樹脂は、ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体、ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸/2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート共重合体、ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸/他のモノマーからなる多元共重合体が好ましく用いることができる。また、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートを共重合したもの、特開平7−140654号公報に記載の、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート/ポリメチルメタクリレートマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、2−ヒドロキシエチルメタクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/メチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、2−ヒドロキシエチルメタクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体なども好ましく用いることができる。
酸基を有する樹脂は、下記式(ED1)で示される化合物および/または下記式(ED2)で表される化合物(以下、これらの化合物を「エーテルダイマー」と称することもある。)を含むモノマー成分を重合してなるポリマーを含むことも好ましい。
式(ED1)中、R1およびR2は、それぞれ独立して、水素原子または置換基を有していてもよい炭素数1〜25の炭化水素基を表す。

式(ED2)中、Rは、水素原子または炭素数1〜30の有機基を表す。式(ED2)の具体例としては、特開2010−168539号公報の記載を参酌できる。
エーテルダイマーの具体例としては、例えば、特開2013−29760号公報の段落番号0317を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。エーテルダイマーは、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
酸基を有する樹脂は、下記式(X)で示される化合物に由来する繰り返し単位を含んでいてもよい。

式(X)において、R1は、水素原子またはメチル基を表し、R2は炭素数2〜10のアルキレン基を表し、R3は、水素原子またはベンゼン環を含んでもよい炭素数1〜20のアルキル基を表す。nは1〜15の整数を表す。
酸基を有する樹脂としては、特開2012−208494号公報の段落番号0558〜0571(対応する米国特許出願公開第2012/0235099号明細書の段落番号0685〜0700)の記載、特開2012−198408号公報の段落番号0076〜0099の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。酸基を有する樹脂の具体例としては、以下の樹脂が挙げられる。
樹脂は、硬化性基を有していてもよい。硬化性基としては、エチレン性不飽和結合を有する基、エポキシ基、メチロール基、アルコキシシリル基等が挙げられる。エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基などが挙げられる。アルコキシシリル基としては、モノアルコキシシリル基、ジアルコキシシリル基、トリアルコキシシリル基が挙げられる。なお、硬化性基を有する樹脂は、硬化性化合物でもある。
硬化性基を含有する樹脂としては、ダイヤナールNRシリーズ(三菱レイヨン株式会社製)、Photomer6173(COOH含有 polyurethane acrylic oligomer、Diamond Shamrock Co.,Ltd.製)、ビスコートR−264、KSレジスト106(いずれも大阪有機化学工業株式会社製)、サイクロマーPシリーズ(例えば、ACA230AA)、プラクセル CF200シリーズ(いずれも(株)ダイセル製)、Ebecryl3800(ダイセルユーシービー株式会社製)、アクリキュアRD−F8(日本触媒(株)製)などが挙げられる。
本発明において、樹脂は、マープルーフG−0150M、G−0105SA、G−0130SP、G−0250SP、G−1005S、G−1005SA、G−1010S、G−2050M、G−01100、G−01758(日油(株)製、エポキシ基含有ポリマー)や、ARTON F4520(JSR(株)製)などを使用することも好ましい。
バインダーの含有量は、組成物の全固形分に対して、0.1〜80質量%であることが好ましい。下限は、0.01質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましい。上限は、80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましい。バインダーを、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
(分散剤)
本発明の組成物は、分散剤としての樹脂を含有することができる。分散剤としては、高分子分散剤〔例えば、アミン基を有する樹脂(ポリアミドアミンとその塩など)、オリゴイミン系樹脂、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、変性ポリエステル、変性ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン重縮合物〕等を挙げることができる。高分子分散剤は、その構造から更に直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子に分類することができる。
分散剤は、金属粒子に対する吸着能を有する部位(以下、「吸着部位」と総称する)を有する樹脂であることが好ましい。吸着部位としては、酸基、ウレア基、ウレタン基、配位性酸素原子を有する基、塩基性窒素原子を有する基、複素環基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、カルボキシ基、スルホンアミド基、アルコキシシリル基、エポキシ基、イソシアネート基及び水酸基よりなる群から選択される基を少なくとも1種類有する1価の置換基等が挙げられる。吸着部位は、酸系吸着部位であることが好ましい。酸系吸着部位としては酸基等が挙げられる。なかでも、酸系吸着部位としてはリン原子含有基およびカルボキシル基の少なくとも一方であることが好ましい。リン原子含有基としては、リン酸エステル基、ポリリン酸エステル基、リン酸基等が挙げられる。吸着部位の詳細については、特開2015−34961号公報の段落番号0073〜0080を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明において、樹脂(分散剤)は、下記式(111)で表される樹脂が好ましい。
上記式(111)中、R1は、(m+n)価の連結基を表し、R2は単結合又は2価の連結基を表す。A1は、酸基、ウレア基、ウレタン基、配位性酸素原子を有する基、塩基性窒素原子を有する基、複素環基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、カルボキシ基、スルホンアミド基、アルコキシシリル基、エポキシ基、イソシアネート基及び水酸基よりなる群から選択される基を少なくとも1種類有する1価の置換基を表す。n個のA1及びR2は、それぞれ、同一であっても、異なっていてもよい。mは8以下の正の数を表し、nは1〜9を表し、m+nは3〜10である。P1は1価のポリマー鎖を表す。m個のP1は、同一であっても、異なっていてもよい。
式(111)で表される樹脂において、1価の置換基A1は、金属粒子と相互作用することができるので、1価の置換基A1をn個有することにより、樹脂が金属粒子と強固に相互作用して、組成物中における金属粒子の分散性を向上できる。また、1価のポリマー鎖P1は、立体反発基として機能するので、樹脂が1価のポリマー鎖P1をm個有することにより、良好な立体反発力を発揮して、組成物中において金属粒子を均一に分散することができる。
式(111)において、R1は(m+n)価の連結基を表す。(m+n)価の連結基としては、1から100個までの炭素原子、0個から10個までの窒素原子、0個から50個までの酸素原子、1個から200個までの水素原子、および0個から20個までの硫黄原子から構成される基が含まれる。(m+n)価の連結基の詳細については、特開2007−277514号公報の段落番号0076〜0084を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
式(111)においてP1は、1価のポリマー鎖を表す。1価のポリマー鎖は、ビニル化合物由来の繰り返し単位を有する1価のポリマー鎖が好ましい。ポリマー鎖の詳細については、特開2007−277514号公報の段落番号0087〜0098を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
式(111)においてR2は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、1から100個までの炭素原子、0個から10個までの窒素原子、0個から50個までの酸素原子、1個から200個までの水素原子、および0個から20個までの硫黄原子から構成される基が含まれ、無置換でも置換基を更に有していてもよい。2価の連結基の詳細については、特開2007−277514号公報の段落番号0071〜0075を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
式(111)においてA1が表す1価の置換基の詳細については、特開2007−277514号公報の段落番号0041〜0070を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
上記式(111)で表される樹脂は、特開2007−277514号公報の段落番号0039(対応する米国特許出願公開第2010/0233595号明細書の段落番号0053)の記載、特開2015−34961号公報の段落番号0081〜0117の記載、特許5909468号公報、特許5894943号公報、および特許5894944号公報の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。また、上記式(111)で表される樹脂の具体例としては下記の樹脂が挙げられる。
本発明において、樹脂(分散剤)は、下記式(11)〜式(14)のいずれかで表される繰り返し単位を含むグラフト共重合体を用いることもできる。
式(11)〜式(14)において、W1、W2、W3、及びW4はそれぞれ独立に酸素原子、または、NHを表し、X1、X2、X3、X4、及びX5はそれぞれ独立に水素原子又は1価の基を表し、Y1、Y2、Y3、及びY4はそれぞれ独立に2価の連結基を表し、Z1、Z2、Z3、及びZ4はそれぞれ独立に1価の基を表し、R3はアルキレン基を表し、R4は水素原子又は1価の基を表し、n、m、p、及びqはそれぞれ独立に1〜500の整数を表し、j及びkはそれぞれ独立に2〜8の整数を表す。式(13)において、pが2〜500のとき、複数存在するR3は互いに同じであっても異なっていてもよく、式(14)において、qが2〜500のとき、複数存在するX5及びR4は互いに同じであっても異なっていてもよい。
上記グラフト共重合体については、特開2012−255128号公報の段落番号0025〜0094の記載を参酌でき、本明細書には上記内容が組み込まれる。上記グラフト共重合体の具体例としては、例えば、以下の樹脂が挙げられる。また、特開2012−255128号公報の段落番号0072〜0094に記載の樹脂が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明において、樹脂(分散剤)は、主鎖及び側鎖の少なくとも一方に塩基性窒素原子を含むオリゴイミン系分散剤も好ましい。オリゴイミン系分散剤としては、pKa14以下の官能基を有する部分構造Xを有する繰り返し単位と、原子数40〜10,000のオリゴマー鎖又はポリマー鎖Yを含む側鎖とを有し、かつ主鎖及び側鎖の少なくとも一方に塩基性窒素原子を有する樹脂が好ましい。この樹脂は、窒素原子と、構造Xが有するpKa14以下の官能基との双方で、金属粒子と相互作用し、さらに樹脂が原子数40〜10,000のオリゴマー鎖又はポリマー鎖Yを有するために、例えば、オリゴマー鎖又はポリマー鎖Yが立体反発基として機能することにより、良好な分散性を発揮して、金属粒子を均一に分散することができる。また、オリゴマー鎖又はポリマー鎖Yと溶剤とが相互作用を行うことにより、金属粒子の沈降を長期間抑制することができる。さらに、オリゴマー鎖又はポリマー鎖Yが立体反発基として機能することで金属粒子の凝集が防止されるため、金属粒子の含有量を高くしても、優れた分散性が得られる。
ここで、「塩基性窒素原子」とは、塩基性を呈する窒素原子であれば特に制限はなく、樹脂がpKb14以下の窒素原子を有する構造を含有することが好ましく、pKb10以下の窒素原子を有する構造を含有することがより好ましい。本発明において「pKb(塩基強度)」とは、水温25℃でのpKbをいい、塩基の強さを定量的に表すための指標のひとつであり、塩基性度定数と同義である。塩基強度pKbと、酸強度pKaとは、pKb=14−pKaの関係にある。
部分構造Xが有するpKa14以下の官能基は、特に限定はなく、物性がこの条件を満たすものであれば、その構造などは特に限定されない。特にpKaが12以下の官能基が好ましく、pKaが11以下の官能基が最も好ましい。
オリゴイミン系分散剤は、pKa14以下の官能基を有する部分構造Xが結合する塩基性窒素原子を含有する繰り返し単位と、側鎖に原子数40〜10,000のオリゴマー鎖又はポリマー鎖Yとを有する樹脂であることが好ましい。
オリゴマー鎖又はポリマー鎖Yの原子数としては、分散性、分散安定性および現像性の観点から、50〜5,000が好ましく、60〜3,000がより好ましい。また、Yの数平均分子量はGPC法でのポリスチレン換算値により測定することができる。Yの数平均分子量は、1,000〜50,000が好ましく、1,000〜30,000がより好ましい。
オリゴイミン系分散剤は、例えば、式(I−1)で表される繰り返し単位と、式(I−2)で表される繰り返し単位および式(I−2a)で表される繰り返し単位の少なくとも一方とを含む樹脂などが挙げられる。

1及びR2は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基(炭素数1〜6が好ましい)を表す。
aは、各々独立に、1〜5の整数を表す。*は繰り返し単位間の連結部を表す。
8及びR9はR1と同義の基である。
Lは単結合、アルキレン基(炭素数1〜6が好ましい)、アルケニレン基(炭素数2〜6が好ましい)、アリーレン基(炭素数6〜24が好ましい)、ヘテロアリーレン基(炭素数1〜6が好ましい)、イミノ基(炭素数0〜6が好ましい)、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、またはこれらの組合せに係る連結基である。なかでも、単結合もしくは−CR56−NR7−(イミノ基がXもしくはYの方になる)であることが好ましい。ここで、R5、R6は各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基(炭素数1〜6が好ましい)を表す。R7は水素原子または炭素数1〜6のアルキル基である。
aはCR8CR9とNとともに環構造を形成する構造部位であり、CR8CR9の炭素原子と合わせて炭素数3〜7の非芳香族複素環を形成する構造部位であることが好ましい。さらに好ましくは、CR8CR9の炭素原子及びN(窒素原子)を合わせて5〜7員の非芳香族複素環を形成する構造部位であり、より好ましくは5員の非芳香族複素環を形成する構造部位であり、ピロリジンを形成する構造部位であることが特に好ましい。この構造部位はさらにアルキル基等の置換基を有していてもよい。XはpKa14以下の官能基を有する基を表す。Yは原子数40〜10,000のオリゴマー鎖又はポリマー鎖を表す。
上記分散剤(オリゴイミン系分散剤)は、さらに式(I−3)、式(I−4)、および、式(I−5)で表される繰り返し単位から選ばれる1種類以上を共重合成分として含有していてもよい。上記分散剤が、このような繰り返し単位を含むことで、粒子の分散性を更に向上させることができる。
1、R2、R8、R9、L、L、a及び*は式(I−1)、(I−2)、(I−2a)における規定と同義である。Yaはアニオン基を有する原子数40〜10,000のオリゴマー鎖又はポリマー鎖を表す。
オリゴイミン系分散剤については、特開2015−34961号公報の段落番号0118〜0190の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。オリゴイミン系分散剤の具体例としては、例えば、下記の樹脂や、特開2015−34961号公報の段落番号0169〜0190に記載の樹脂を用いることができる。
また、分散剤は、市販品としても入手可能であり、そのような具体例としては、BYKChemie社製のDISPERBYKシリーズ(例えば、DISPERBYK 103、111)などが挙げられる。また、特開2014−130338号公報の段落番号0041〜0130に記載された顔料分散剤を用いることもでき、この内容は本明細書に組み込まれる。また、上述した酸基を有する樹脂などを分散剤として用いることもできる。
分散剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.1〜40質量%が好ましい。上限は、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。下限は、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がさらに好ましい。
また、分散剤の含有量は、金属粒子100質量部に対して、1〜100質量部が好ましい。上限は、80質量部以下が好ましく、60質量部以下がさらに好ましい。下限は、2.5質量部以上が好ましく、5質量部以上がさらに好ましい。
<<溶剤>>
本発明の組成物は溶剤を含有することが好ましい。溶剤は種々の有機溶剤を用いて構成することができる。有機溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、酢酸エチル、エチレンジクロライド、テトラヒドロフラン、トルエン、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ジメチルエーテル、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、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、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エチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3−メトキシプロパノール、メトキシメトキシエタノール、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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、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、3−メトキシプロピルアセテート、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、乳酸メチル、乳酸エチルなどが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
本発明において、金属含有量の少ない溶剤を用いることが好ましく、溶剤の金属含有量は、例えば10質量ppb(parts per billion)以下であることが好ましい。必要に応じて質量ppt(parts per trillion)レベルの溶剤を用いてもよく、そのような高純度溶剤は例えば東洋合成社が提供している(化学工業日報、2015年11月13日)。
溶剤から金属等の不純物を除去する方法としては、例えば、蒸留(分子蒸留や薄膜蒸留等)やフィルタを用いたろ過を挙げることができる。ろ過に用いるフィルタのフィルタ孔径としては、10nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましく、3nm以下が更に好ましい。フィルタの材質は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンまたはナイロンが好ましい。
溶剤は、異性体(同じ原子数で異なる構造の化合物)が含まれていてもよい。また、異性体は、1種のみが含まれていてもよいし、複数種含まれていてもよい。
本発明において、有機溶剤は、過酸化物の含有率が0.8mmol/L以下であることが好ましく、過酸化物を実質的に含まないことがより好ましい。
溶剤の含有量は、組成物の固形分濃度が、5〜99質量%となる量が好ましい。上限は、90質量%以下がより好ましい。下限は、10質量%以上がより好ましい。
<<硬化性化合物>>
本発明の組成物は、硬化性化合物を含有することが好ましい。硬化性化合物としては、ラジカル、酸、熱により硬化可能な公知の化合物を用いることができる。例えば、エチレン性不飽和結合を有する基を有する化合物、エポキシ基を有する化合物、メチロール基を有する化合物等が挙げられる。エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基などが挙げられ、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基が好ましい。硬化性化合物は、重合性化合物であることが好ましく、ラジカル重合性化合物であることがより好ましい。重合性化合物としては、エチレン性不飽和結合を有する基を有する化合物などが挙げられる。
硬化性化合物の含有量は、組成物の全固形分に対し、1〜80質量%が好ましい。下限は、3質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましい。上限は、70質量%以下がより好ましく、60質量%以下が更に好ましい。硬化性化合物は、1種単独であってもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
(エチレン性不飽和結合を有する基を有する化合物(重合性化合物))
本発明において、硬化性化合物として、エチレン性不飽和結合を有する基を有する化合物(以下、重合性化合物ともいう)を用いることができる。重合性化合物は、モノマーであることが好ましい。重合性化合物の分子量は、100〜3000が好ましい。上限は、2000以下が好ましく、1500以下が更に好ましい。下限は、150以上が好ましく、250以上が更に好ましい。重合性化合物は、3〜15官能の(メタ)アクリレート化合物であることが好ましく、3〜6官能の(メタ)アクリレート化合物であることがより好ましい。
重合性化合物の例としては、特開2013−253224号公報の段落番号0033〜0034の記載を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。重合性化合物としては、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(市販品としては、NKエステルATM−35E;新中村化学工業(株)製)、ジペンタエリスリトールトリアクリレート(市販品としては、KAYARAD D−330;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート(市販品としては、KAYARAD D−320;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート(市販品としては KAYARAD D−310;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(市販品としては、KAYARAD DPHA;日本化薬(株)製、A−DPH−12E;新中村化学工業(株)製)、およびこれらの(メタ)アクリロイル基が、エチレングリコール残基および/またはプロピレングリコール残基を介して結合している構造が好ましい。またこれらのオリゴマータイプも使用できる。また、特開2013−253224号公報の段落番号0034〜0038の記載を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。また、特開2012−208494号公報の段落番号0477(対応する米国特許出願公開第2012/0235099号明細書の段落番号0585)に記載の重合性モノマー等が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。また、ジグリセリンEO(エチレンオキシド)変性(メタ)アクリレート(市販品としてはM−460;東亞合成製)、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業(株)製、A−TMMT)、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(日本化薬(株)製、KAYARAD HDDA)も好ましい。これらのオリゴマータイプも使用できる。例えば、RP−1040(日本化薬(株)製)などが挙げられる。
重合性化合物は、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基等の酸基を有していてもよい。酸基を有する重合性化合物としては、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルなどが挙げられる。脂肪族ポリヒドロキシ化合物の未反応のヒドロキシル基に、非芳香族カルボン酸無水物を反応させて酸基を持たせた重合性化合物が好ましく、特に好ましくは、このエステルにおいて、脂肪族ポリヒドロキシ化合物がペンタエリスリトールおよび/またはジペンタエリスリトールであるものである。市販品としては、例えば、東亞合成株式会社製の多塩基酸変性アクリルオリゴマーとして、アロニックスシリーズのM−305、M−510、M−520などが挙げられる。酸基を有する重合性化合物の酸価は、0.1〜40mgKOH/gが好ましい。下限は5mgKOH/g以上が好ましい。上限は、30mgKOH/g以下が好ましい。
重合性化合物は、カプロラクトン構造を有する化合物であることも好ましい態様である。カプロラクトン構造を有する重合性化合物としては、分子内にカプロラクトン構造を有する限り特に限定されず、例えば、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)アクリル酸及びε−カプロラクトン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。カプロラクトン構造を有する重合性化合物としては、特開2013−253224号公報の段落番号0042〜0045の記載を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。カプロラクトン構造を有する化合物は、例えば、日本化薬(株)からKAYARAD DPCAシリーズとして市販されている、DPCA−20、DPCA−30、DPCA−60、DPCA−120等、サートマー社製のエチレンオキシ鎖を4個有する4官能アクリレートであるSR−494、イソブチレンオキシ鎖を3個有する3官能アクリレートであるTPA−330などが挙げられる。
重合性化合物としては、特公昭48−41708号公報、特開昭51−37193号公報、特公平2−32293号公報、特公平2−16765号公報に記載されているウレタンアクリレート類や、特公昭58−49860号公報、特公昭56−17654号公報、特公昭62−39417号公報、特公昭62−39418号公報に記載されているエチレンオキサイド系骨格を有するウレタン化合物類も好適である。また、特開昭63−277653号公報、特開昭63−260909号公報、特開平1−105238号公報に記載されている分子内にアミノ構造やスルフィド構造を有する付加重合性化合物類を用いることができる。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(新中村化学工業(株)製)、DPHA−40H(日本化薬(株)製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社化学(株)製)などが挙げられる。
重合性化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、1〜80質量%が好ましい。下限は、3質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましい。上限は、70質量%以下がより好ましく、60質量%以下が更に好ましい。
(エポキシ基を有する化合物)
本発明では、硬化性化合物として、エポキシ基を有する化合物を用いることもできる。エポキシ基を有する化合物は、1分子内にエポキシ基を1つ以上有する化合物が挙げられ、1分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物が好ましい。エポキシ基は1分子内に1〜100個有することが好ましい。上限は、例えば、10個以下とすることもでき、5個以下とすることもできる。下限は、2個以上が好ましい。
エポキシ基を有する化合物は、エポキシ当量(=エポキシ基を有する化合物の分子量/エポキシ基の数)が500g/当量以下であることが好ましく、100〜400g/当量であることがより好ましく、100〜300g/当量であることがさらに好ましい。
エポキシ基を有する化合物は、低分子化合物(例えば、分子量1000未満)でもよいし、高分子化合物(macromolecule)(例えば、分子量1000以上、ポリマーの場合は、重量平均分子量が1000以上)のいずれでもよい。エポキシ基を有する化合物の重量平均分子量は、200〜100000が好ましく、500〜50000がより好ましい。重量平均分子量の上限は、10000以下が好ましく、5000以下がより好ましく、3000以下が更に好ましい。
エポキシ基を有する化合物は、市販品を用いることもできる。例えば、EHPE3150((株)ダイセル製)、EPICLON N−695(DIC(株)製)などが挙げられる。
本発明において、エポキシ基を有する化合物は、特開2013−011869号公報の段落番号0034〜0036、特開2014−043556号公報の段落番号0147〜0156、特開2014−089408号公報の段落番号0085〜0092に記載された化合物を用いることもできる。これらの内容は、本明細書に組み込まれる。
エポキシ基を有する化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、1〜80質量%が好ましい。下限は、3質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましい。上限は、70質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましい。エポキシ基を有する化合物は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<光重合開始剤>>
本発明の組成物は、光重合開始剤を含有することができる。特に、本発明の組成物が、ラジカル重合性化合物を含む場合、光重合開始剤を含有することが好ましい。光重合開始剤としては、特に制限はなく、公知の光重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外領域から可視領域の光線に対して感光性を有する化合物が好ましい。光重合開始剤は、光ラジカル重合開始剤が好ましい。
光重合開始剤としては、例えば、ハロゲン化炭化水素誘導体(例えば、トリアジン骨格を有する化合物、オキサジアゾール骨格を有する化合物など)、アシルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール、オキシム誘導体等のオキシム化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ケトン化合物、芳香族オニウム塩、ケトオキシムエーテル、アミノアセトフェノン化合物、ヒドロキシアセトフェノンなどが挙げられる。トリアジン骨格を有するハロゲン化炭化水素化合物としては、例えば、若林ら著、Bull.Chem.Soc.Japan,42、2924(1969)記載の化合物、英国特許1388492号明細書記載の化合物、特開昭53−133428号公報に記載の化合物、独国特許3337024号明細書に記載の化合物、F.C.SchaeferなどによるJ.Org.Chem.;29、1527(1964)記載の化合物、特開昭62−58241号公報に記載の化合物、特開平5−281728号公報に記載の化合物、特開平5−34920号公報に記載の化合物、米国特許第4212976号明細書に記載の化合物などが挙げられる。
光重合開始剤は、露光感度の観点から、トリハロメチルトリアジン化合物、ベンジルジメチルケタール化合物、α−ヒドロキシケトン化合物、α−アミノケトン化合物、アシルホスフィン化合物、フォスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、オニウム化合物、ベンゾチアゾール化合物、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物、シクロペンタジエン−ベンゼン−鉄錯体、ハロメチルオキサジアゾール化合物および3−アリール置換クマリン化合物からなる群より選択される化合物が好ましい。
光重合開始剤としては、α−ヒドロキシケトン化合物、α−アミノケトン化合物、及び、アシルホスフィン化合物も好適に用いることができる。例えば、特開平10−291969号公報に記載のα−アミノケトン化合物、特許第4225898号公報に記載のアシルホスフィン化合物も用いることができる。α−ヒドロキシケトン化合物としては、IRGACURE−184、DAROCUR−1173、IRGACURE−500、IRGACURE−2959、IRGACURE−127(以上、BASF社製)を用いることができる。α−アミノケトン化合物としては、IRGACURE−907、IRGACURE−369、IRGACURE−379、及び、IRGACURE−379EG(以上、BASF社製)を用いることができる。α−アミノケトン化合物は、特開2009−191179号公報に記載の化合物を用いることができる。アシルホスフィン化合物としては、市販品であるIRGACURE−819やDAROCUR−TPO(以上、BASF社製)を用いることができる。
光重合開始剤は、オキシム化合物を用いることが好ましい。オキシム化合物の具体例としては、特開2001−233842号公報に記載の化合物、特開2000−80068号公報に記載の化合物、特開2006−342166号公報に記載の化合物、特開2016−21012号公報に記載などが挙げられる。本発明において好適に用いることができるオキシム化合物としては、例えば、3−ベンゾイルオキシイミノブタン−2−オン、3−アセトキシイミノブタン−2−オン、3−プロピオニルオキシイミノブタン−2−オン、2−アセトキシイミノペンタン−3−オン、2−アセトキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ベンゾイルオキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オン、3−(4−トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン−2−オン、及び2−エトキシカルボニルオキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オンなどが挙げられる。また、J.C.S.Perkin II(1979年、pp.1653−1660)、J.C.S.Perkin II(1979年、pp.156−162)、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995年、pp.202−232)、特開2000−66385号公報、特開2000−80068号公報、特表2004−534797号公報、特開2006−342166号公報に記載の化合物等も挙げられる。
市販品ではIRGACURE−OXE01、IRGACURE−OXE02、IRGACURE−OXE03、IRGACURE−OXE04(以上、BASF社製)も好適に用いられる。また、TR−PBG−304(常州強力電子新材料有限公司製)、アデカアークルズNCI−831((株)ADEKA製)、アデカアークルズNCI−930((株)ADEKA製)、アデカオプトマーN−1919((株)ADEKA製、特開2012−14052号公報に記載の光重合開始剤2)も用いることができる。
また上記記載以外のオキシム化合物として、カルバゾール環のN位にオキシムが連結した特表2009−519904号公報に記載の化合物、ベンゾフェノン部位にヘテロ置換基が導入された米国特許第7626957号公報に記載の化合物、色素部位にニトロ基が導入された特開2010−15025号公報及び米国特許公開2009−292039号公報に記載の化合物、国際公開2009/131189号公報に記載のケトオキシム化合物、トリアジン骨格とオキシム骨格を同一分子内に含有する米国特許7556910号公報に記載の化合物、405nmに吸収極大を有しg線光源に対して良好な感度を有する特開2009−221114号公報に記載の化合物などを用いてもよい。
オキシム化合物は、下記式(OX−1)で表される化合物を好ましく用いることができる。オキシム化合物は、オキシムのN−O結合が(E)体のオキシム化合物であってもよく、オキシムのN−O結合が(Z)体のオキシム化合物であってもよく、(E)体と(Z)体との混合物であってもよい。
式(OX−1)中、RおよびBは各々独立に一価の置換基を表し、Aは二価の有機基を表し、Arはアリール基を表す。式(OX−1)の詳細については、特開2013−029760号公報の段落番号0276〜0304の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明は、光重合開始剤として、フルオレン環を有するオキシム化合物を用いることもできる。フルオレン環を有するオキシム化合物の具体例としては、特開2014−137466号公報に記載の化合物が挙げられる。この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明は、光重合開始剤として、フッ素原子を有するオキシム化合物を用いることもできる。フッ素原子を有するオキシム化合物の具体例としては、特開2010−262028号公報に記載の化合物、特表2014−500852号公報に記載の化合物24、36〜40、特開2013−164471号公報に記載の化合物(C−3)などが挙げられる。この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明は、光重合開始剤として、ニトロ基を有するオキシム化合物を用いることができる。ニトロ基を有するオキシム化合物は、二量体とすることも好ましい。ニトロ基を有するオキシム化合物の具体例としては、特開2013−114249号公報の段落番号0031〜0047、特開2014−137466号公報の段落番号0008〜0012、0070〜0079に記載されている化合物、特許第4223071号公報の段落番号0007〜0025に記載されている化合物、アデカアークルズNCI−831((株)ADEKA製)が挙げられる。
本発明において好ましく使用されるオキシム化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。

オキシム化合物は、350nm〜500nmの波長領域に吸収極大を有する化合物が好ましく、360nm〜480nmの波長領域に吸収極大を有する化合物がより好ましい。また、オキシム化合物は、365nm及び405nmの吸光度が高い化合物が好ましい。
オキシム化合物の365nm又は405nmにおけるモル吸光係数は、感度の観点から、1,000〜300,000であることが好ましく、2,000〜300,000であることがより好ましく、5,000〜200,000であることが特に好ましい。
化合物のモル吸光係数は、公知の方法を用いて測定することができる。例えば、紫外可視分光光度計(Varian社製Cary−5 spectrophotometer)にて、酢酸エチル溶媒を用い、0.01g/Lの濃度で測定することが好ましい。
光重合開始剤は、オキシム化合物とα−アミノケトン化合物とを含むことも好ましい。両者を併用することで、現像性が向上し、矩形性に優れたパターンを形成しやすい。オキシム化合物とα−アミノケトン化合物とを併用する場合、オキシム化合物100質量部に対して、α−アミノケトン化合物が50〜600質量部が好ましく、150〜400質量部がより好ましい。
光重合開始剤の含有量は、組成物の全固形分に対し0.1〜50質量%が好ましく、0.5〜30質量%がより好ましく、1〜20質量%が更に好ましい。光重合開始剤の含有量が上記範囲であれば、より良好な感度とパターン形成性が得られる。本発明の組成物は、光重合開始剤を1種類のみ含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。光重合開始剤を2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<酸化防止剤>>
本発明の組成物は、酸化防止剤を含有することが好ましい。酸化防止剤としては、フェノール化合物、亜リン酸エステル化合物、チオエーテル化合物などが挙げられる。酸化防止剤としては、分子量500以上のフェノール化合物、分子量500以上の亜リン酸エステル化合物又は分子量500以上のチオエーテル化合物がより好ましい。これらは2種以上を混合して使用してもよい。フェノール化合物としては、フェノール系酸化防止剤として知られる任意のフェノール化合物を使用することができ、多置換フェノール系化合物が好ましい。多置換フェノール系化合物は、大きく分けてその置換位置および構造の違う3種類(ヒンダードタイプ、セミヒンダードタイプ、レスヒンダードタイプ)がある。また、酸化防止剤としては、同一分子内にフェノール基と亜リン酸エステル基を有する化合物を好ましく用いることができる。また、酸化防止剤としては、リン系酸化防止剤も好適に使用することができる。リン系酸化防止剤としては、トリス[2−[[2,4,8,10−テトラキス(1,1−ジメチルエチル)ジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン−6−イル]オキシ]エチル]アミン、トリス[2−[(4,6,9,11−テトラ−tert−ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン−2−イル)オキシ]エチル]アミン、および亜リン酸エチルビス(2,4−ジ−tert−ブチル−6−メチルフェニル)が挙げられる。酸化防止剤は市販品を用いることもできる。酸化防止剤の市販品としては、例えば、アデカスタブ AO−20、アデカスタブ AO−30、アデカスタブ AO−40、アデカスタブ AO−50、アデカスタブ AO−50F、アデカスタブ AO−60、アデカスタブ AO−60G、アデカスタブ AO−80、アデカスタブ AO−330((株)ADEKA)などが挙げられる。また、酸化防止剤としては、特開2014−032380号公報の段落番号0033〜0043の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
酸化防止剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.01〜20質量%が好ましく、0.3〜15質量%がより好ましい。酸化防止剤は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<シランカップリング剤>>
本発明の組成物は、シランカップリング剤を含有することができる。本発明において、シランカップリング剤は、加水分解性基とそれ以外の官能基とを有するシラン化合物を意味する。また、加水分解性基とは、ケイ素原子に直結し、加水分解反応及び縮合反応の少なくともいずれかによってシロキサン結合を生じ得る置換基をいう。加水分解性基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基などが挙げられ、アルコキシ基が好ましい。すなわち、シランカップリング剤は、アルコキシシリル基を有する化合物が好ましい。また、加水分解性基以外の官能基は、樹脂との間で相互作用もしくは結合を形成して親和性を示す基が好ましい。例えば、ビニル基、スチリル基、(メタ)アクリロイル基、メルカプト基、エポキシ基、オキセタニル基、アミノ基、ウレイド基、スルフィド基、イソシアネート基、フェニル基などが挙げられ、(メタ)アクリロイル基およびエポキシ基が好ましい。
シランカップリング剤の具体例としては、例えば、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシランなどが挙げられる。また、シランカップリング剤としては、特開2009−288703号公報の段落番号0018〜0036に記載の化合物、特開2009−242604号公報の段落番号0056〜0066に記載の化合物が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。シランカップリング剤は市販品を用いることもできる。シランカップリング剤の市販品としては、信越シリコーン(株)製のKBM−13、KBM−22、KBM−103、KBE−13、KBE−22、KBE−103、KBM−3033、KBE−3033、KBM−3063、KBM−3066、KBM−3086、KBE−3063、KBE−3083、KBM−3103、KBM−3066、KBM−7103、SZ−31、KPN−3504、KBM−1003、KBE−1003、KBM−303、KBM−402、KBM−403、KBE−402、KBE−403、KBM−1403、KBM−502、KBM−503、KBE−502、KBE−503、KBM−5103、KBM−602、KBM−603、KBM−903、KBE−903、KBE−9103、KBM−573、KBM−575、KBM−9659、KBE−585、KBM−802、KBM−803、KBE−846、KBE−9007、X−40−1053、X−41−1059A、X−41−1056、X−41−1805、X−41−1818、X−41−1810、X−40−2651、X−40−2655A、KR−513、KC−89S、KR−500、KR−516、KR−517、X−40−9296、X−40−9225、X−40−9246、X−40−9250、KR−401N、X−40−9227、X−40−9247、KR−510、KR−9218、KR−213、X−40−2308、X−40−9238などが挙げられる。
シランカップリング剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.01〜15.0質量%が好ましく、0.05〜10.0質量%がより好ましい。シランカップリング剤は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<増感剤>>
本発明の組成物は、光重合開始剤のラジカル発生効率の向上、感光波長の長波長化の目的で、増感剤を含有していてもよい。増感剤としては、光重合開始剤に対し、電子移動機構又はエネルギー移動機構で増感させるものが好ましい。増感剤は、300nm〜450nmの波長領域に吸収波長を有するものが挙げられる。具体的には、特開2010−106268号公報の段落番号0231〜0253(対応する米国特許出願公開第2011/0124824号明細書の段落番号0256〜0273)の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
増感剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜15質量%がより好ましい。増感剤は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<共増感剤>>
本発明の組成物は、更に共増感剤を含有することも好ましい。共増感剤は、光重合開始剤や増感剤の活性放射線に対する感度を一層向上させる、あるいは、重合性化合物の重合阻害を抑制する等の作用を有する。共増感剤としては、具体的には、特開2010−106268号公報の段落番号0254〜0257(対応する米国特許出願公開第2011/0124824号明細書の段落番号0277〜0279)の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
共増感剤の含有量は、重合成長速度と、硬化速度の向上の観点から、組成物の全固形分に対して、0.1〜30質量%が好ましく、1〜25質量%がより好ましく、1.5〜20質量%が更に好ましい。共増感剤は1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<重合禁止剤>>
本発明の組成物は、重合禁止剤を含有することが好ましい。重合禁止剤は、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ジ−tert−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、tert−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4'−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2'−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、N−ニトロソフェニルヒドロキシアミン塩(アンモニウム塩、第一セリウム塩等)が挙げられる。中でも、p−メトキシフェノールが好ましい。なお、重合禁止剤は、酸化防止剤として機能しうることもある。
重合禁止剤の含有量は、光重合開始剤100質量部に対して、0.01質量部〜10質量部が好ましく、0.01〜8質量部がより好ましく、0.01〜5質量部が最も好ましい。
<<界面活性剤>>
本発明の組成物は、塗布性をより向上させる観点から、各種の界面活性剤を含有させてもよい。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。界面活性剤は、国際公開2015/166779号公報の段落番号0238〜0245を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の組成物にフッ素系界面活性剤を含有させることで、塗布液として調製したときの液特性(特に、流動性)がより向上し、塗布厚の均一性や省液性をより改善することができる。フッ素系界面活性剤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が低下して、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、厚みムラの小さい均一厚の膜形成をより好適に行うことができる。
フッ素系界面活性剤中のフッ素含有率は、3〜40質量%が好適であり、より好ましくは5〜30質量%であり、特に好ましくは7〜25質量%である。フッ素含有率がこの範囲内であるフッ素系界面活性剤は、塗布膜の厚さの均一性や省液性の点で効果的であり、組成物中における溶解性も良好である。
フッ素系界面活性剤として具体的には、特開2014−41318号公報の段落番号0060〜0064(対応する国際公開2014/17669号公報の段落番号0060〜0064)等に記載の界面活性剤、特開2011−132503号公報の段落番号0117〜0132に記載の界面活性剤が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えば、メガファックF171、同F172、同F173、同F176、同F177、同F141、同F142、同F143、同F144、同R30、同F437、同F475、同F479、同F482、同F554、同F780(以上、DIC(株)製)、フロラードFC430、同FC431、同FC171(以上、住友スリーエム(株)製)、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−1068、同SC−381、同SC−383、同S−393、同KH−40(以上、旭硝子(株)製)、PolyFox PF636、PF656、PF6320、PF6520、PF7002(以上、OMNOVA社製)等が挙げられる。
また、フッ素系界面活性剤は、フッ素原子を含有する官能基を持つ分子構造で、熱を加えるとフッ素原子を含有する官能基の部分が切断されてフッ素原子が揮発するアクリル系化合物も好適に使用できる。このようなフッ素系界面活性剤としては、DIC(株)製のメガファックDSシリーズ(化学工業日報、2016年2月22日)(日経産業新聞、2016年2月23日)、例えばメガファックDS−21が挙げられ、これらを用いることができる。
フッ素系界面活性剤は、ブロックポリマーを用いることもできる。例えば特開2011−89090号公報に記載された化合物が挙げられる。フッ素系界面活性剤は、フッ素原子を有する(メタ)アクリレート化合物に由来する繰り返し単位と、アルキレンオキシ基(好ましくはエチレンオキシ基、プロピレンオキシ基)を2以上(好ましくは5以上)有する(メタ)アクリレート化合物に由来する繰り返し単位と、を含む含フッ素高分子化合物も好ましく用いることができる。下記化合物も本発明で用いられるフッ素系界面活性剤として例示される。

上記の化合物の重量平均分子量は、好ましくは3,000〜50,000であり、例えば、14,000である。上記の化合物中、繰り返し単位の割合を示す%はモル%である。
また、フッ素系界面活性剤は、エチレン性不飽和基を側鎖に有する含フッ素重合体を用いることもできる。具体例としては、特開2010−164965号公報の段落番号0050〜0090および段落番号0289〜0295に記載された化合物、例えばDIC(株)製のメガファックRS−101、RS−102、RS−718K、RS−72−K等が挙げられる。フッ素系界面活性剤は、特開2015−117327号公報の段落番号0015〜0158に記載の化合物を用いることもできる。
ノニオン系界面活性剤としては、グリセロール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン並びにそれらのエトキシレート及びプロポキシレート(例えば、グリセロールプロポキシレート、グリセロールエトキシレート等)、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ソルビタン脂肪酸エステル、プルロニックL10、L31、L61、L62、10R5、17R2、25R2(BASF社製)、テトロニック304、701、704、901、904、150R1(BASF社製)、ソルスパース20000(日本ルーブリゾール(株)製)、NCW−101、NCW−1001、NCW−1002(和光純薬工業(株)製)、パイオニンD−6112、D−6112−W、D−6315(竹本油脂(株)製)、オルフィンE1010、サーフィノール104、400、440(日信化学工業(株)製)などが挙げられる。
界面活性剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.001質量%〜5.0質量%が好ましく、0.005〜3.0質量%がより好ましい。界面活性剤は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<紫外線吸収剤>>
本発明の組成物は、紫外線吸収剤を含有してもよい。紫外線吸収剤は、共役ジエン化合物、アミノジエン化合物、サリシレート化合物、ベンゾフェノン化合物、ベンゾトリアゾール化合物、アクリロニトリル化合物、ヒドロキシフェニルトリアジン化合物などを用いることができる。これらの詳細については、特開2012−208374号公報の段落番号0052〜0072、特開2013−68814号公報の段落番号0317〜0334の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。共役ジエン化合物の市販品としては、例えば、UV−503(大東化学(株)製)などが挙げられる。また、ベンゾトリアゾール化合物としてはミヨシ油脂製のMYUAシリーズ(化学工業日報、2016年2月1日)を用いてもよい。
紫外線吸収剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.1〜10質量%が好ましく、0.1〜5質量%がより好ましく、0.1〜3質量%が特に好ましい。また、紫外線吸収剤は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<その他の添加剤>>
本発明の組成物は、更に、可塑剤や感脂化剤等の公知の添加剤を含有することができる。可塑剤としては、例えば、ジオクチルフタレート、ジドデシルフタレート、トリエチレングリコールジカプリレート、ジメチルグリコールフタレート、トリクレジルホスフェート、ジオクチルアジペート、ジブチルセバケート、トリアセチルグリセリン等が挙げられる。可塑剤の含有量は、樹脂の質量に対し10質量%以下が好ましい。
また、本発明の組成物は、着色剤を含有することができる。着色剤は、顔料であってもよく、染料であってもよい。着色剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.1〜70質量%が好ましく、1〜50質量%がより好ましく、10〜40質量%がさらに好ましい。着色剤は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。本発明の組成物は、着色剤を実質的に含有しないこともできる。着色剤を実質的に含有しないとは、組成物の全固形分に対して、0.1質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましく、含有しないことがさらに好ましい。
<<組成物の調製方法>>
本発明の組成物は、前述の成分を混合して調製できる。組成物の調製に際しては、各成分を一括配合してもよいし、各成分を溶剤に溶解または分散した後に逐次配合してもよい。また、配合する際の投入順序や作業条件は特に制約を受けない。例えば、全成分を同時に有機溶剤に溶解または分散して組成物を調製してもよい。また、金属粒子を溶剤および樹脂中で分散させて分散液を調製し、得られた分散液と他の成分(例えば、バインダー、硬化性化合物など)とを混合して組成物を調製することもできる。
組成物の調製方法において、金属粒子を分散させるプロセスを含むことが好ましい。金属粒子を分散させるプロセスにおいて、金属粒子の分散に用いる機械力としては、圧縮、圧搾、衝撃、剪断、キャビテーションなどが挙げられる。これらプロセスの具体例としては、ビーズミル、サンドミル、ロールミル、ボールミル、ペイントシェーカー、マイクロフルイダイザー、高速インペラー、サンドグラインダー、フロージェットミキサー、高圧湿式微粒化、超音波分散などが挙げられる。またサンドミル(ビーズミル)における粒子の粉砕においては、径の小さいビーズを使用する、ビーズの充填率を大きくする事等により粉砕効率を高めた条件で処理することが好ましい。また、粉砕処理後にろ過、遠心分離などで粗粒子を除去することが好ましい。また、金属粒子を分散させるプロセスおよび分散機としては、「分散技術大全、株式会社情報機構発行、2005年7月15日」や「サスペンション(固/液分散系)を中心とした分散技術と工業的応用の実際 総合資料集、経営開発センター出版部発行、1978年10月10日」、特開2015−157893号公報の段落番号0022に記載のプロセス及び分散機を好適に使用出来る。また金属粒子を分散させるプロセスにおいては、ソルトミリング工程にて粒子の微細化処理を行ってもよい。ソルトミリング工程に用いられる素材、機器、処理条件等は、例えば特開2015−194521号公報、特開2012−046629号公報の記載を参酌できる。
組成物の調製にあたり、異物の除去や欠陥の低減などの目的で、組成物をフィルタでろ過することが好ましい。フィルタとしては、従来からろ過用途等に用いられているフィルタであれば特に限定されることなく用いることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂、ナイロン(例えばナイロン−6、ナイロン−6,6)等のポリアミド系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度、超高分子量のポリオレフィン樹脂を含む)等の素材を用いたフィルタが挙げられる。これら素材の中でもポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)およびナイロンが好ましい。
フィルタの孔径は、0.01〜7.0μm程度が適しており、好ましくは0.01〜3.0μm程度であり、更に好ましくは0.05〜0.5μm程度である。フィルタの孔径が上記範囲であれば、微細な異物を確実に除去できる。また、ファイバ状のろ材を用いることも好ましい。ファイバ状のろ材としては、例えばポリプロピレンファイバ、ナイロンファイバ、グラスファイバ等が挙げられる。具体的には、ロキテクノ社製のSBPタイプシリーズ(SBP008など)、TPRタイプシリーズ(TPR002、TPR005など)、SHPXタイプシリーズ(SHPX003など)のフィルタカートリッジが挙げられる。
フィルタを使用する際、異なるフィルタ(例えば、第1のフィルタと第2のフィルタなど)を組み合わせてもよい。その際、各フィルタでのろ過は、1回のみでもよいし、2回以上行ってもよい。
また、上述した範囲内で異なる孔径のフィルタを組み合わせてもよい。ここでの孔径は、フィルタメーカーの公称値を参照することができる。市販のフィルタとしては、例えば、日本ポール株式会社(DFA4201NXEYなど)、アドバンテック東洋株式会社、日本インテグリス株式会社(旧日本マイクロリス株式会社)又は株式会社キッツマイクロフィルタ等が提供する各種フィルタの中から選択することができる。
第2のフィルタは、第1のフィルタと同様の素材等で形成されたものを使用することができる。
また、第1のフィルタでのろ過は、分散液のみに対して行い、他の成分を混合した後で、第2のフィルタでろ過を行ってもよい。
<<組成物の用途>>
本発明の組成物は、遠赤外線透過フィルタなどの形成に好ましく用いることができる。具体的には、波長1〜14μmの範囲における特定の波長の光を選択的に透過させる遠赤外線透過フィルタなどに好ましく用いることができる。より具体的には、遠赤外線を利用した検査機器やセンサなどに用いる遠赤外線透過フィルタ、集電センサなどの遠赤外線を利用したセンサなどに用いる遠赤外線透過フィルタ、遠赤外線透過率を測定する際の基板材料などに好ましく用いることができる。また、本発明の組成物は、反射防止膜として用いることもできる。遠赤外線透過フィルタは、本発明の組成物のみで形成することもできる。また、本発明の組成物と、他の基材とを組み合わせて遠赤外線透過フィルタとすることもできる。例えば、基材(例えば、Ge基材やSi基材など)上に、本発明の組成物を適用して形成した積層体を、遠赤外線透過フィルタとして用いることも好ましい。
本発明の組成物は、基材に塗布などの方法で適用したり、射出、プレスおよび押出しなどの各種成形方法を用いて、遠赤外線透過性に優れた形成体を製造することができる。また、形成体は、公知のセラミックの製造法を用いて製造することもできる。具体的には金型プレス成形法、ラバープレス法、射出成形法、スリップキャスト法、押出成形法などが挙げられる。
<形成体>
次に、本発明の形成体について説明する。本発明の形成体は、本発明の組成物を用いて得られたものである。
本発明の形成体は、波長8〜14μmの範囲における平均屈折率が1.3〜5.0であることが好ましい。下限は、1.35以上が好ましく、1.4以上がより好ましい。上限は、4.5以下が好ましく、4.0以下がより好ましい。
本発明の形成体は、波長10μmにおける屈折率が1.3〜5.0であることが好ましい。下限は、1.35以上が好ましく、1.4以上がより好ましい。上限は、4.5以下が好ましく、4.0以下がより好ましい。
本発明の形成体は、波長8〜14μmのすべての範囲において、屈折率が1.3〜5.0であることが好ましい。下限は、1.35以上が好ましく、1.4以上がより好ましい。上限は、4.5以下が好ましく、4.0以下がより好ましい。
なお、形成体の屈折率および平均屈折率は、J.A.Woollam社製IR−VASEを用いて測定した値である。また、上記平均屈折率は、測定サンプルの波長8〜14μmの範囲における光の屈折率の平均値を、上記平均屈折率とした。
本発明の形成体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜調整できる。例えば、膜状、平板状またはレンズ状が挙げられる。膜状の形成体の場合、厚みは、0.1〜5.0μmが好ましく、0.2〜4.0μmがより好ましく、0.3〜3.0μmがさらに好ましい。平板状の形成体の場合、厚みは、100〜10000μmが好ましく、200〜8000μmがより好ましく、500〜5000μmがさらに好ましい。レンズ状の形成体は、凹レンズであってもよく、凸レンズであってもよい。レンズの厚みは適宜調整することができる。
本発明の形成体および後述する遠赤外線透過フィルタは、以下の(1)〜(4)のいずれかの分光特性を有することが好ましい。なお、形成体および後述する遠赤外線透過フィルタの透過率は、NICOLET6700FT−IR(Thermo Scientific製)を用いて測定した値である。
(1)波長1〜3μmの範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長8〜10μmの範囲における透過率の最小値が40〜99%である態様。
(2)波長3〜5μmの範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長8〜10μmの範囲における透過率の最小値が40〜99%である態様。
(3)波長8〜10μmの範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長12〜14μmの範囲における透過率の最小値が40〜99%である態様。
(4)波長12〜14μmの範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長8〜10μmの範囲における透過率の最小値が40〜99%である態様。
(1)の態様においては、更に、波長1μm未満の範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長10μmを超え14μm以下の範囲における透過率の最小値が40〜99%であることが一層好ましい。すなわち、(1)の態様においては、波長3μm以下の範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長8〜14μmの範囲における透過率の最小値が40〜99%であることが一層好ましい。
(2)の態様においては、更に、波長1μm以上3μm未満の範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長10μmを超え14μm以下の範囲における透過率の最小値が40〜99%であることが一層好ましい。すなわち、(2)の態様においては、波長1〜5μmの範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長8〜14μmの範囲における透過率の最小値が40〜99%であることが一層好ましい。
(3)の態様においては、波長7μm以上8μm未満の範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長14μmを超え15μm以下の範囲における透過率の最小値が40〜99%であることが一層好ましい。すなわち、(3)の態様においては、波長7〜10μmの範囲における透過率の最大値が0.001〜30%(好ましくは、0.001〜20%、より好ましくは0.001〜10%)で、波長12〜15μmの範囲における透過率の最小値が40〜99%であることが一層好ましい。
上記の(1)の分光特性を有する形成体および遠赤外線透過フィルタは、波長1〜3μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である組成物を用いて形成することができる。
上記の(2)の分光特性を有する形成体および遠赤外線透過フィルタは、波長3〜5μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である組成物を用いて形成することができる。
上記の(3)の分光特性を有する形成体および遠赤外線透過フィルタは、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長12〜14μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である組成物を用いて形成することができる。
上記の(4)の分光特性を有する形成体および遠赤外線透過フィルタは、波長12〜14μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である組成物を用いて形成することができる。
膜状の形成体は、本発明の組成物を、基材に適用して組成物層を形成する工程を経て製造できる。また、必要に応じて、組成物層を乾燥する工程、組成物層を硬化する工程、組成物層に対してパターンを形成する工程などを行ってもよい。本発明においては、組成物層を乾燥する工程および組成物層を硬化する工程の少なくとも一方の工程を有することが好ましい。形成体は、基材から剥離して用いてもよく、基材に積層された状態で用いてもよい。
組成物層を形成する工程において、基材への組成物の適用方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、滴下法(ドロップキャスト);スリットコート法;スプレー法;ロールコート法;回転塗布法(スピンコーティング);流延塗布法;スリットアンドスピン法;プリウェット法(たとえば、特開2009−145395号公報に記載された方法);インクジェット(例えばオンデマンド方式、ピエゾ方式、サーマル方式)、ノズルジェット等の吐出系印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、反転オフセット印刷、メタルマスク印刷法などの各種印刷法;金型等を用いた転写法;ナノインプリント法などが挙げられる。インクジェットでの適用方法としては、特に限定されず、例えば「広がる・使えるインクジェット−特許に見る無限の可能性−、2005年2月発行、住ベテクノリサーチ」に示された特許公報に記載の方法(特に115ページ〜133ページ)、特開2003−262716号公報、特開2003−185831号公報、特開2003−261827号公報、特開2012−126830号公報、特開2006−169325号公報などに記載の方法が挙げられる。
組成物層を乾燥する工程において、乾燥条件としては、組成物層に含まれる溶剤の種類や含有量によって適宜調整することができる。例えば、60〜150℃の温度で、30秒間〜15分間が好ましい。
組成物層を硬化する工程において、硬化処理方法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。例えば、露光処理、加熱処理などが好適に挙げられる。
露光処理に用いることができる放射線(光)としては、g線、i線等の紫外線が好ましく(特に好ましくはi線)用いられる。照射量(露光量)は、例えば、0.03〜2.5J/cm2が好ましく、0.05〜1.0J/cm2がより好ましい。露光時における酸素濃度については適宜選択することができ、大気下で行う他に、例えば酸素濃度が19体積%以下の低酸素雰囲気下(例えば、好ましくは15体積%以下、より好ましくは5体積%以下、さらに好ましくは実質的に無酸素)で露光してもよく、酸素濃度が21体積%を超える高酸素雰囲気下(例えば、好ましくは22体積%以上、より好ましくは30体積%以上、さらに好ましくは50体積%以上)で露光してもよい。また、露光照度は適宜設定することが可能であり、1000W/m2〜100000W/m2(例えば、好ましくは5000W/m2以上、より好ましくは15000W/m2以上、更に好ましくは35000W/m2)の範囲から選択することができる。酸素濃度と露光照度の条件は適宜組み合わせてよく、例えば、酸素濃度10体積%で照度10000W/m2、酸素濃度35体積%で照度20000W/m2などとすることができる。
加熱処理における加熱温度は、100〜260℃が好ましい。下限は120℃以上が好ましく、160℃以上がより好ましい。上限は240℃以下が好ましく、220℃以下がより好ましい。加熱時間は、1〜180分が好ましい。下限は3分以上が好ましい。上限は120分以下が好ましい。加熱装置としては、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、赤外線ヒーターなどが挙げられる。
パターンを形成する工程は、フォトリソグラフィ法で組成物層にパターンを形成してもよいし、ドライエッチング法で組成物層にパターンを形成してもよい。
フォトリソグラフィ法で組成物層にパターンを形成する場合、本発明の組成物を基材に適用して組成物層を形成する工程と、組成物層をパターン状に露光する工程と、組成物層の未露光部を現像除去してパターンを形成する工程とを含む方法などが挙げられる。フォトリソグラフィ法を用いたパターン形成の場合、上述の組成物は、重合性化合物と、光重合開始剤と、アルカリ可溶性樹脂とを含むことが好ましい。
組成物層を形成する工程は、上述した方法を用いて行うことができる。
組成物層をパターン状に露光する工程では、基材上の組成物層に対し、ステッパー等の露光装置を用いて、所定のマスクパターンを有するマスクを介して露光する方法が挙げられる。これにより、露光部分を硬化することができる。
未露光部を現像除去する工程において、未露光部の現像除去は、現像液を用いて行うことができる。これにより、未露光部の組成物層が現像液に溶出し、光硬化した部分だけが残る。現像液としては、下地の回路などにダメージを起さない、アルカリ現像液が望ましい。現像液の温度は、例えば、20〜30℃が好ましい。現像時間は、20〜180秒が好ましく、20〜90秒がより好ましい。
アルカリ現像液としては、アルカリ剤を純水で希釈したアルカリ性水溶液が好ましく使用される。アルカリ剤としては、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、ジグリコールアミン、ジエタノールアミン、ヒドロキシアミン、エチレンジアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ジメチルビス(2−ヒドロキシエチル)アンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセンなどの有機アルカリ性化合物や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウムなどの無機アルカリ性化合物などが挙げられる。アルカリ性水溶液のアルカリ剤の濃度は、0.001〜10質量%が好ましく、0.01〜1質量%がより好ましい。アルカリ現像液のpHは、10.0〜14.0が好ましい。また、アルカリ現像液には、更に界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の例としては、上述した組成物で説明した界面活性剤が挙げられ、ノニオン系界面活性剤が好ましい。なお、このようなアルカリ性水溶液からなるアルカリ現像液を使用した場合には、現像後純水で洗浄(リンス)することが好ましい。
現像後に、更に、加熱や露光を行ってもよい。この態様によれば、膜の硬化をさらに進行させて、より強固に硬化した膜を製造できる。
本発明の組成物からなる平板状またはレンズ状の形成体は、公知のセラミックの製造法を用いて製造することができる。具体的には金型プレス成形法、ラバープレス法、射出成形法、スリップキャスト法、押出成形法などが挙げられる。成形条件は、用途に応じて適宜調整できる。
本発明の形成体は、遠赤外線透過フィルタ用の形成体として好ましく用いることができる。具体的には、遠赤外線を利用した検査機器やセンサなどに用いる遠赤外線透過フィルタ、集電センサなどの遠赤外線を利用したセンサなどに用いる遠赤外線透過フィルタ、遠赤外線透過率を測定する際の基板材料などに好ましく用いることができる。また、赤外線カメラ、固体撮像素子、赤外線センサなどに組み込んで用いることもできる。
<積層体>
次に、本発明の積層体について説明する。本発明の積層体は、基材上に、上述した本発明の形成体を有する。
積層体に用いる基材としては、Ge基材、Si基材、ZnSe基材、ZnS基材、CaF2基材、ITO基材、Al23基材、BaF2基材、カルコゲナイドガラス基材、ダイヤモンド基材、石英基材、MgF2基材、LiF基材が好ましく、Ge基材、Si基材、カルコゲナイドガラス基材、ZnS基材、ZnSe基材がより好ましく、Ge基材が更に好ましい。これらの基材を用いることで、遠赤外線透過性に優れた積層体が得られやすい。積層体に用いる基材には、反射防止層、ハードコート層、バリア層などの機能層が形成されていてもよい。
本発明の積層体は、形成体の波長10μmにおける屈折率n1と、形成体に対して形成体の厚み方向で接する層(以下、他の層ともいう)の波長10μmにおける屈折率n2は、以下の関係を満たすことが好ましい。
(n2)0.5−1≦n1≦(n2)0.5+1
上記屈折率n1と上記屈折率n2は、以下の関係を満たすことがより好ましい。
(n2)0.5−0.5≦n1≦(n2)0.5+0.5
上記屈折率n1と上記屈折率n2は、以下の関係を満たすことがさらに好ましい。
(n2)0.5−0.1≦n1≦(n2)0.5+0.1
上記屈折率n1と上記屈折率n2が上述の関係を満たすことで、遠赤外線透過性に優れつつ、反射防止性に優れた積層体とすることができる。
なお、機能層が形成されていない基材上に、直接本発明の形成体が積層されている場合は、基材が他の層に該当する。また、機能層が形成された基材上に本発明の形成体が積層されている場合(すなわち、基材と本発明の形成体との間に機能層が介在している場合は)、本発明の形成体と接する機能層(本発明の形成体直下の機能層)が、他の層に該当する。
本発明の積層体は、波長10μmにおける屈折率n1と、形成体の厚みT(単位は、μmである)との積が、以下の関係を満たすことが好ましい。
1.5<T・n1<3.5
上記屈折率n1と上記形成体の厚みTとの積は、以下の関係を満たすことがより好ましい。
2.0<T・n1<3.0
上記屈折率n1と上記形成体の厚みTとの積は、以下の関係を満たすことがさらに好ましい。
2.2<T・n1<2.7
上記屈折率n1と上記形成体の厚みTとの積が上述の関係を満たすことで、遠赤外線透過性に優れつつ、反射防止性に優れた積層体とすることができる。
本発明の積層体は、波長1〜14μmの範囲における特定の波長の光を選択的に透過させる遠赤外線透過フィルタなどに好ましく用いることができる。
<遠赤外線透過フィルタ>
本発明の遠赤外線透過フィルタは、本発明の形成体、または、本発明の積層体を有する。
本発明の遠赤外線透過フィルタは、波長8〜14μmの範囲における平均屈折率が1.3〜5.0であることが好ましい。下限は、1.35以上が好ましく、1.4以上がより好ましい。上限は、4.5以下が好ましく、4.0以下がより好ましい。
本発明の遠赤外線透過フィルタは、波長10μmにおける屈折率が1.3〜5.0であることが好ましい。下限は、1.35以上が好ましく、1.4以上がより好ましい。上限は、4.5以下が好ましく、4.0以下がより好ましい。
本発明の遠赤外線透過フィルタは、波長8〜14μmのすべての範囲において、屈折率が1.3〜5.0であることが好ましい。下限は、1.35以上が好ましく、1.4以上がより好ましい。上限は、4.5以下が好ましく、4.0以下がより好ましい。
本発明の遠赤外線透過フィルタは、上述した形成体で説明した(1)〜(4)のいずれかの分光特性を有することが好ましい。
本発明の遠赤外線透過フィルタは、遠赤外線を利用した検査機器やセンサなどに好ましく用いることができる。例えば、ガス検知センサ、人体検知センサ、非破壊検査センサ、距離測定センサ、生体認証センサ、モーションキャプチャセンサ、温度測定センサ、成分分析センサ、車載用センサなどが挙げられる。
<固体撮像素子、赤外線カメラ、赤外線センサ>
本発明の固体撮像素子は、本発明の遠赤外線透過フィルタを有する。また、本発明の赤外線カメラは、本発明の遠赤外線透過フィルタを有する。また、本発明の赤外線センサは、本発明の遠赤外線透過フィルタを有する。赤外線センサの種類としては、ガス検知センサ、人体検知センサ、非破壊検査センサ、距離測定センサ、生体認証センサ、モーションキャプチャセンサ、温度測定センサ、成分分析センサ、車載用センサ、血糖値センサ、ヘルスケアセンサ、医療用センサなどが挙げられる。固体撮像素子、赤外線カメラおよび赤外線センサの構成としては、本発明の遠赤外線透過フィルタを有する構成であり、固体撮像素子、赤外線カメラ、赤外線センサとして機能する構成であれば特に限定はない。
以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されない。なお、特に断りのない限り、「%」および「部」は質量基準である。
<酸価の測定方法>
測定サンプルをテトラヒドロフラン/水=9/1(質量比)混合溶媒に溶解して測定溶液を調製した。得られた測定溶液を、電位差滴定装置(商品名:AT−510、京都電子工業製)を用いて、25℃にて、0.1mol/L水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定した。滴定pH曲線の変曲点を滴定終点として、次式により酸価を算出した。
A=56.11×Vs×0.5×f/w
A:酸価(mgKOH/g)
Vs:滴定に要した0.1mol/L水酸化ナトリウム水溶液の使用量(mL)
f:0.1mol/L水酸化ナトリウム水溶液の力価
w:測定サンプルの質量(g)(固形分換算)
<重量平均分子量の測定方法>
重量平均分子量の測定は、測定装置としてHPC−8220GPC(東ソー製)、ガードカラムとしてTSKguardcolumn SuperHZ−L、カラムとしてTSKgel SuperHZM−M、TSKgel SuperHZ4000、TSKgel SuperHZ3000、TSKgel SuperHZ2000を直結したカラムを用い、カラム温度を40℃にして、試料濃度0.1質量%のテトラヒドロフラン溶液を10μL注入し、溶出溶媒としてテトラヒドロフランを毎分0.35mLの流量でフローし、RI(示差屈折率)検出装置にて試料ピークを検出し、標準ポリスチレンを用いて作製した検量線を用いて、重量平均分子量を算出した。
[試験例1]
<分散液1の調製>
循環型分散装置(ビーズミル)として寿工業株式会社製ウルトラアペックスミルを用い、以下の組成の混合液を分散処理して分散液1を得た。
(混合液の組成)
Rh23粒子(平均一次粒子径50nm)・・・18質量部
樹脂A・・・6.7質量部
シクロヘキサノン・・・75.3質量部
樹脂A:下記構造の樹脂(式中、nは14であり、重量平均分子量は6400であり、酸価は80mgKOH/g。樹脂Aは、特開2007−277514号公報の段落0114〜0140および0266〜0348に記載の合成方法に準じて合成した。)の30質量%プロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶液。
分散装置は以下の条件で運転した。
・ビーズ径:直径0.05mm
・ビーズ充填率:75体積%
・周速:10m/秒
・ポンプ供給量:10kg/時間
・冷却水:水道水
・ビーズミル環状通路内容積:0.15L
・分散処理する混合液量:0.7kg
<分散液2の調製>
以下に示す混合液を用いた以外は、分散液1と同様の方法で、分散液2を調製した。
(混合液の組成)
Rh23粒子(平均一次粒子径50nm)・・・18質量部
樹脂B・・・6.7質量部
プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)・・・75.3質量部
樹脂B:下記構造の樹脂(重量平均分子量24000、酸価53mgKOH/g、繰り返し単位に付記した数値はモル比であり、側鎖に付記した数値は繰り返し単位の数である。)の30質量%プロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶液。
<分散液3〜25の調製>
金属粒子および樹脂の種類を以下に変更した以外は、分散液1と同様にして分散液を調製した。
樹脂Cは、DISPERBYK 103(BYK Chemie(株)製)を用いた。
樹脂Dは、下記構造の樹脂の30質量%プロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶液を用いた。下記構造の樹脂の重量平均分子量は23000である。繰り返し単位に付記した数値はモル比であり、側鎖に付記した数値は繰り返し単位の数である。

樹脂Eは、DISPERBYK 111(BYK Chemie(株)製)を用いた。
樹脂Fは、下記構造の樹脂の44質量%プロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶液を用いた。下記構造の樹脂の重量平均分子量は40000である。繰り返し単位に付記した数値はモル比である。
<組成物の調製>
(実施例1)
下記の成分を混合して、実施例1の組成物を調製した。
・分散液1・・・50質量部
・アルカリ可溶性樹脂1(下記構造の樹脂の44質量%プロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶液。下記構造の樹脂の重量平均分子量は5000である。繰り返し単位に付記した数値はモル比である。)・・・11質量部

・重合性化合物(アロニックスM−510、東亞合成(株)製)・・・3質量部
・光重合開始剤(IRGACURE−OXE01、BASF社製)・・・1質量部
・界面活性剤(下記混合物、重量平均分子量=14000、繰り返し単位の割合を示す%は質量%である。)・・・0.04質量部

・重合禁止剤(p−メトキシフェノール)・・・0.005質量部
・紫外線吸収剤(UV−503、大東化学(株)製)・・・0.4質量部
・シランカップリング剤(KBM−502、信越シリコーン(株)製)・・・0.2質量部
・PGMEA・・・34.6質量部
(実施例2〜38)
実施例1において、分散液1を、分散液2〜38に変えた以外は実施例1と同様にして組成物を調製した。
(実施例39)
実施例1において、分散液1の50質量部の代わりに、分散液1の25質量部と、分散液2の25質量部とを用いた以外は実施例1と同様にして組成物を調製した。
(実施例40)
実施例1において、アルカリ可溶性樹脂1の11質量部の代わりに、アルカリ可溶性樹脂1の5.5質量部と上記樹脂Fの5.5質量部とを用いた以外は実施例1と同様にして組成物を調製した。
(実施例41)
実施例1において、重合性化合物として、アロニックスM−510(東亞合成(株)製)1.5質量部とKAYARAD DPHA(日本化薬(株)製)1.5質量部とを併用した以外は実施例1と同様にして組成物を調製した。
(実施例42)
実施例1において、光重合開始剤として、IRGACURE−OXE01(BASF社製)0.34質量部と、IRGACURE−OXE03(BASF社製)0.33質量部と、IRGACURE−369(BASF社製)0.33質量部とを併用した以外は実施例1と同様にして組成物を調製した。
(実施例43)
実施例1において、アルカリ可溶性樹脂1の11質量部の代わりに、アルカリ可溶性樹脂1の5.5質量部と、上記樹脂Fの5.5質量部とを用いた以外は実施例1と同様にして組成物を調製した。
(比較例1)
実施例1において、分散液1を分散液39に変えた以外は実施例1と同様にして組成物を調製した。
<分光特性の評価>
各組成物を、加熱処理後の膜厚が1.35μmとなるようにSiウエハ上にスピンコートし、ホットプレートを用いて、100℃、120秒間で乾燥した後、さらに、200℃で300秒間加熱処理を行って形成体を作製した。上記の形成体を有するSiウエハの波長1〜14μmにおける吸光度を、NICOLET6700FT−IR(Thermo Scientific製)を用いて測定した。なお、リファレンスとして、Siウエハを用いた。下記の表の波長帯Aの欄の波長領域における吸光度の最小値Aminと、波長帯Bの欄の波長領域における吸光度の最大値Bmaxとを測定し、吸光度比(Amin/Bmax)を算出した。また、形成体の波長帯Aにおける透過率の最大値TAと、波長帯Bにおける透過率の最小値TBとをそれぞれ測定した。
<形成体の屈折率の測定>
測定対象の組成物を、Siウエハ上に塗布し、200℃で5分間加熱処理を行い、形成体を形成して測定サンプルを作製した。作製した測定サンプルについて、J.A.Woollam社製IR−VASEを用いて波長1.7〜30μmの屈折率を測定し、波長8〜14μmにおける平均屈折率を測定した。
上記表に示す通り、実施例は、波長1〜14μmの範囲の光を選択的に透過させる形成体を製造することができた。この形成体を赤外線センサに組み込むことで、制度の良いセンシングが可能である。
[試験例2]
<実施例101>
上記実施例1の組成物を、加熱処理後の膜厚が1.35μmとなるようにSiウエハ上にスピンコートし、ホットプレートを用いて、100℃、120秒間で乾燥した後、さらに、200℃で300秒間加熱処理を行って、形成体を作製した。形成体の波長10μmにおける屈折率は1.85で、Siウエハの波長10μmにおける屈折率は3.42であった。上記形成体を積層したSiウエハについて、NICOLET6700FT−IR(Thermo Scientific製)を使用して、波長10μmの光の透過率を測定した。リファレンス測定をSiウエハ無しの状態で行うことで、Siウエハを含めた積層体としての透過率を測定した。
<実施例102>
上記実施例2の組成物を、加熱処理後の膜厚が1.25μmとなるようにGeウエハ上にスピンコートし、ホットプレートを用いて、100℃、120秒間で乾燥した後、さらに、200℃で300秒間加熱処理を行って、形成体を作製した。形成体の波長10μmにおける屈折率は2.0で、Geウエハの波長10μmにおける屈折率は4.0であった。上記形成体を積層したGeウエハについて、NICOLET6700FT−IR(Thermo Scientific製)を使用して、波長10μmの光の透過率を測定した。リファレンス測定をGe基板無しの状態で行うことで、Ge基板を含めた積層体としての透過率を測定した。
<比較例101>
Siウエハの波長10μmの光の透過率を、NICOLET6700FT−IR(Thermo Scientific製)を使用して測定した。
<比較例102>
Geウエハの波長10μmの光の透過率を、NICOLET6700FT−IR(Thermo Scientific製)を使用して測定した。
実施例の積層体は、波長1〜3μmにおける透過率が10%で、波長8〜10μmにおける透過率が60%であり、波長8〜10μmの範囲の光を選択的に透過させることができた。また、実施例の積層体は、比較例よりも、波長10μmの光の透過率が高く、遠赤外線透過性がより優れていた。なお、比較例101(Siウエハ)および比較例102(Geウエハ)は、波長1〜3μmの範囲における吸光度の最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3未満であった。
[試験例3]
<実施例201>
分散液2を射出成形して平板状の形成体(厚さ2mm)を製造した。形成体の波長10μmにおける屈折率は3.8であり、波長10μmの光の透過率は60%であった。また、波長1〜3μmにおける透過率が10%で、波長8〜10μmにおける透過率が60%であり、波長8〜10μmの範囲の光を選択的に透過させることができた。
<実施例202>
使用する液を実施例2の組成物に変えた以外は、実施例201と同様にして平板状の形成体を作製した。形成体の波長10μmにおける屈折率は2.1であり、波長10μmの光の透過率は70%であった。また、波長1〜3μmにおける透過率が10%で、波長8〜10μmにおける透過率が60%であり、波長8〜10μmの範囲の光を選択的に透過させることができた。

Claims (19)

  1. 金属粒子と、樹脂と、を含む組成物であって、
    前記組成物は、波長1〜14μmの範囲において、波長帯幅が1μm以上の波長帯Aと、前記波長帯Aよりも吸光度が低く、波長帯幅が1μm以上の波長帯Bと、を有し、
    前記波長帯Aの吸光度の最小値Aminと前記波長帯Bの吸光度の最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である組成物。
  2. 前記波長帯Bが前記波長帯Aよりも長波長側にある、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記波長帯Bが前記波長帯Aよりも短波長側にある、請求項1に記載の組成物。
  4. 波長1〜3μmの範囲における吸光度の前記最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の前記最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である、請求項1または2に記載の組成物。
  5. 波長3〜5μmの範囲における吸光度の前記最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の前記最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である、請求項1または2に記載の組成物。
  6. 波長8〜10μmの範囲における吸光度の前記最小値Aminと、波長12〜14μmの範囲における吸光度の前記最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である、請求項1または2に記載の組成物。
  7. 波長12〜14μmの範囲における吸光度の前記最小値Aminと、波長8〜10μmの範囲における吸光度の前記最大値Bmaxとの比率であるAmin/Bmaxが3以上である、請求項1または3に記載の組成物。
  8. 前記金属粒子の25℃におけるバンドギャップエネルギーが、1.0eV以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物。
  9. 前記金属粒子が、Rh、W、Ta、Cr、Bi、Ag、Fe、Co、Mg、Mn、Ba、V、Pb、Ti、SrおよびZrから選ばれる少なくとも1つの金属原子を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成物。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の組成物を用いた形成体。
  11. 波長8〜14μmの範囲における平均屈折率が1.3〜5.0である、請求項10に記載の形成体。
  12. 前記形成体の形状が、膜状、平板状またはレンズ状である、請求項10または11に記載の形成体。
  13. 遠赤外線透過フィルタ用である、請求項10〜12のいずれか1項に記載の形成体。
  14. 基材上に、請求項10〜13のいずれか1項に記載の形成体を有する積層体。
  15. 前記形成体の波長10μmにおける屈折率n1と、前記形成体に対して前記形成体の厚み方向で接する層の波長10μmにおける屈折率n2が、以下の関係を満たす、請求項14に記載の積層体。
    (n2)0.5−1≦n1≦(n2)0.5+1
  16. 請求項10〜13のいずれか1項に記載の形成体、または、請求項14もしくは15に記載の積層体を有する遠赤外線透過フィルタ。
  17. 請求項16に記載の遠赤外線透過フィルタを有する固体撮像素子。
  18. 請求項16に記載の遠赤外線透過フィルタを有する赤外線カメラ。
  19. 請求項16に記載の遠赤外線透過フィルタを有する赤外線センサ。
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