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TW201806976A - 組成物、膜、硬化膜、光學感測器及膜的製造方法 - Google Patents

組成物、膜、硬化膜、光學感測器及膜的製造方法 Download PDF

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TW201806976A
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田口貴規
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富士軟片股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種在形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35以上,且溶液經時穩定性優異之組成物、膜、硬化膜、光學感測器及膜的製造方法。組成物含有無機粒子及樹脂,無機粒子含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種,無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上。

Description

組成物、膜、硬化膜、光學感測器及膜的製造方法
本發明係關於一種組成物、膜、硬化膜、光學感測器及膜的製造方法。
中空粒子及多孔質粒子能夠調整粒徑等,因此用於各種各樣的用途中(例如參閱專利文獻1~3)。 專利文獻1中記載有感光性組成物,其含有:聚合性烴單體及聚合性烴聚合物中的至少一種成分;孔隙率為30體積%以上且99體積%以下,且平均一次粒徑為0.1μm以上且20μm以下的中空粒子;及光聚合起始劑。 專利文獻2中記載有球狀多孔質氧化鈦奈米粒子的合成方法,其具備在超臨界流體中使異丙醇鈦和羧酸進行反應之製程,其中,超臨界流體為超臨界甲醇,羧酸為甲酸、乙酸、安息香酸、鄰苯二甲酸、反丁烯二酸或順丁烯二酸。 專利文獻3中記載有摻雜有Au原子之Au摻雜型球狀多孔質銳鈦礦型氧化鈦奈米粒子的合成方法,其具備:在甲醇中添加異丙醇鈦、四氯金酸四水合物或乙酸金、以及選自甲酸、乙酸、安息香酸及鄰苯二甲酸中之1種以上而製備甲醇溶液之製程;及在甲醇成為超臨界甲醇之溫度下加熱甲醇溶液之製程,加熱時的升溫速度為20℃/分鐘以下。 [先前技術文獻]
專利文獻1:日本特開2011-75786號公報 專利文獻2:國際公開WO2013-61621號 專利文獻3:日本特開2015-164881號公報
使用了含有樹脂及粒子之組成物之膜,作為白色之膜能夠用於使用了半導體之光學感測器用途。使用了半導體之光學感測器用途的膜中,要求一種遮蔽膜,該膜為薄膜,同時具有能夠隱蔽光學感測器之遮蔽度。製成薄膜之情況下,亦從隱蔽光學感測器之觀點考慮,作為膜之白色度,CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*需為35以上。因此,為了使遮蔽度變得適宜,要求係L*為35以上之膜。
並且,當使用含有粒子及樹脂之組成物來製造膜時,若組成物的溶液經時穩定性較低,則粒子等有可能沉降。尤其,在使用了半導體之光學感測器用途中,要求係粒子等不易沉降之組成物。
本發明所欲解決之課題為提供一種形成了厚度3.0μm的膜時之CIE1976(國際照明委員會;International Commission on Illumination)的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35以上且溶液經時穩定性優異之組成物。
在該種狀況下,本發明者進行了深入研究之結果,得知使用專利文獻1~3中所記載之中空粒子及多孔質粒子並使用含有粒子及樹脂之組成物之膜中,對於形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*及溶液經時穩定性中的至少一方,要求進一步進行改善。 本發明者發現藉由設為以下構成能夠解決上述課題,從而完成了本發明。本發明及本發明的較佳構成如下。
[1]一種組成物,其含有無機粒子及樹脂, 無機粒子含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種, 無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上。 [2]如[1]所述之組成物,其中組成物為硬化性組成物。 [3]如[1]或[2]所述之組成物,其中無機粒子含有中空無機粒子或多孔質無機粒子。 [4]如[1]至[3]中任一項所述之組成物,其中無機粒子含有金屬單體或金屬氧化物。 [5]如[1]至[4]中任一項所述之組成物,其中無機粒子為白色顏料。 [6]如[1]至[5]中任一項所述之組成物,其中無機粒子含有氧化鈦。 [7]如[1]至[6]中任一項所述之組成物,其中無機粒子的平均粒徑為100~1000nm。 [8]如[1]至[7]中任一項所述之組成物,其中無機粒子的含量相對於組成物的總固體成分為25~75質量%。 [9]如[1]至[8]中任一項所述之組成物,其中無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.8以上。 [10]如[1]至[9]中任一項所述之組成物,其中樹脂為鹼可溶性樹脂。 [11]如[1]至[10]中任一項所述之組成物,其中樹脂為聚矽氧烷系樹脂。 [12]如[1]至[11]中任一項所述之組成物,其中組成物還含有硬化性化合物及聚合起始劑中的至少一方。 [13]如[1]至[12]中任一項所述之組成物,其中組成物還含有自由基聚合性化合物及光聚合起始劑。 [14]如[1]至[13]中任一項所述之組成物,其中組成物還含有著色防止劑。 [15]如[1]至[14]中任一項所述之組成物,其中組成物還含有鏈轉移劑。 [16]如[1]至[15]中任一項所述之組成物,其中組成物還含有分散劑及分散助劑中的至少一方。 [17]一種膜,其係使用[1]至[16]中任一項所述之組成物而形成。 [18]一種膜,其含有無機粒子及樹脂, 無機粒子含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種, 無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上。 [19]如[17]或[18]所述之膜,其中CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35~75。 [20]如[17]至[19]中任一項所述之膜,其中當厚度為3.0μm時,波長400~700nm的範圍內之平均透射率為1%以上。 [21]如[17]至[20]中任一項所述之膜,其厚度為10μm以下。 [22]一種硬化膜,其係將[17]至[21]中任一項所述之膜進行硬化而得到。 [23]一種光學感測器,其具有[22]所述之硬化膜。 [24]一種膜的製造方法,其包括如下製程:將[1]至[16]中任一項所述之組成物經由具有圖案之遮罩進行曝光之製程;及 對經曝光之組成物進行顯影而形成圖案之製程。 [發明效果]
依本發明,能夠提供一種形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35以上且溶液經時穩定性優異之組成物。 並且,依本發明,能夠提供一種膜、硬化膜、光學感測器及膜的製造方法。
以下,對本發明的內容進行詳細說明。 以下所記載之構成要件的說明有時係基於本發明的代表性實施態樣而進行,但本發明並不限定於該種實施態樣。 本說明書中,用“~”表示之數值範圍係指將“~”前後所記載之數值作為下限值及上限值而包含之範圍。 本說明書中之基團(原子團)的標記中,未標有經取代及未經取代之標記包含不具有取代基之基團(原子團),並且還包含具有取代基之基團(原子團)。例如,“烷基”不僅包含不具有取代基之烷基(未經取代之烷基),還包含具有取代基之烷基(經取代之烷基)。 “(甲基)丙烯酸酯”表示丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯,“(甲基)丙烯酸基”表示丙烯酸基及甲基丙烯酸基,“(甲基)丙烯醯基”表示丙烯醯基甲基丙烯醯基。 只要沒有特別指定,則“曝光”不僅包含使用了光之曝光,使用了電子束、離子束等粒子束之描畫亦包含於曝光中。並且,作為曝光中所使用之光,一般可以舉出水銀燈的明線光譜、以準分子雷射為代表之遠紫外線、極紫外線(EUV)、X射線、電子束等活性光線或放射線。 重量平均分子量及數量平均分子量被定義為藉由凝膠滲透層析術(GPC)測定之聚苯乙烯換算值。重量平均分子量(Mw)及數量平均分子量(Mn)例如能夠藉由使用HLC-8220(TOSOH CORPORATION製),並使用TSKgel Super AWM-H(TOSOH CORPORATION製,6.0mm(內徑)×15.0cm)作為管柱,使用10mmol/L溴化鋰NMP(N-吡咯啶酮)溶液作為洗提液(eluant)而求出。
[組成物] 本發明的組成物含有無機粒子及樹脂, 無機粒子含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種, 無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上。 藉由設為該種構成,能夠提供形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35以上且溶液經時穩定性優異之組成物。 藉由使用含有對波長589nm的光之折射率為1.65以上之無機物之無機粒子,隨著提高在粒子表面上之反射能而能夠提高白色度,容易將形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*控制為35以上。 中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子相比均勻組成的無機粒子,其體比重((bulk specific gravity))(表觀密度)較小,因此能夠抑制含有折射率為1.65以上之無機物之無機粒子在組成物中之沉降,能夠提供溶液經時穩定性優異之組成物。 本說明書中,“中空粒子”係內部具有空洞之結構者,係指具有被外殼包圍之空洞之粒子。 中空無機粒子係中空粒子,係指含有無機物之粒子。 “中實粒子”係具有芯(亦稱為內核)和殼層(亦稱為外殻)之粒子,較佳地,係指構成粒子之殼層的密度大於構成粒子之芯的密度之粒子。 “中實無機粒子”係中實粒子,係指含有無機物之粒子。其中,中實無機粒子的芯可以是有機物,亦可以是無機物,但芯為有機物,殼為無機物為較佳。 “多孔質粒子”係指具有複數個空洞且為多孔質之粒子。多孔質粒子係一次粒子為具有複數個空洞之粒子為較佳。 “多孔質無機粒子”係多孔質粒子,係指含有無機物之粒子。 以下,對本發明的組成物的較佳態樣進行說明。
<特性> 本發明的組成物係硬化性組成物為較佳。“硬化性組成物”係指含有後述之硬化性化合物之組成物。硬化性組成物可以是光硬化性組成物,亦可以是熱硬化性組成物。 對本發明的組成物的特性的詳細內容進行說明。
<<L*>> 本發明的組成物,當使用組成物來形成厚度3.0μm的膜時,CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35以上,35~75為較佳。藉由將CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*設為75以下,提高光的透射率,製成使用於驅動光學感測器而檢測受光量的變化所需之足夠量之光通過之遮蔽膜為較佳。當使用組成物來形成厚度3.0μm的膜時,CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*的下限係50以上為更佳,60以上為特佳。另外,CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*的值係利用後述之實施例中所記載之方法測定之值。
<<a*及b*>> 當使用組成物來形成厚度3.0μm的膜時,本發明的組成物的CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之a*係-30~30為較佳,-20~20為更佳,-10~10為特佳。 當使用組成物來形成厚度3.0μm的膜時,本發明的組成物的CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之b*係-35~30為較佳,-33~10為更佳,-30~0為特佳。
<<固體成分沉降率>> 本發明的組成物在室溫(25℃)下以3500rpm(每分鐘轉速:revolutions per minute)的條件離心分離47分鐘時之組成物的固體成分沉降率係10質量%以下為較佳,5質量%以下為更佳。作為降低組成物的固體成分沉降率之方法,可以舉出提高組成物的黏度之方法、降低組成物的固體成分濃度之方法、提高組成物中之固體成分(粒子為較佳)的分散性之方法、降低粒子的密度之方法、減小粒子的粒徑之方法等。只要沒有特別指定,則“固體成分”係指後述之“離心處理前的固體成分”。固體成分沉降率係將後述之“離心處理後的固體成分”與“離心處理前的固體成分”之差除以“離心處理前的固體成分”之值乘以100之百分率。
<<固體成分濃度>> 組成物的固體成分濃度係20~75質量%為較佳。上限係60質量%以下為更佳。下限係30質量%以上為更佳。藉由將組成物的固體成分濃度設在上述範圍,能夠提高組成物的黏度來有效地抑制粒子的沉降等,並能夠改良組成物的溶液經時穩定性。
<組成物的組成> 以下,對組成物的組成進行詳細說明。
<<無機粒子>> 本發明的組成物含有無機粒子,無機粒子含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種,無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上。
(平均粒徑) 從容易將形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*控制為35~75之觀點考慮,無機粒子的平均粒徑係100~1000nm為較佳。
無機粒子的平均粒徑係100~800nm為更佳,150~600nm為特佳。無機粒子在藉由透射型電子顯微鏡(TEM)拍攝而得到之圖像(以下,亦稱為“TEM圖像”。)中為圓狀粒子為較佳。無機粒子亦可以是具有長軸和短軸之粒子,而不是嚴密的圓狀粒子。具有長軸和短軸之粒子在TEM圖像中係棒狀粒子或橢圓狀粒子為較佳。本說明書中,“粒子的長軸”係指從粒子的TEM圖像觀測之粒子的最長的直徑。“粒子的短軸”係指從粒子的TEM圖像觀測之粒子的最短的直徑。關於粒子的長軸,例如能夠將平均長軸長度設為50~150nm,關於粒子的短軸,例如能夠將平均短軸長設為5~50nm。 本發明的組成物以30~60質量%的比例含有具有100~1000nm的平均粒徑之無機粒子為較佳,以35~50質量%的比例含有具有100~1000nm的平均粒徑之無機粒子為更佳。若具有100~1000nm的平均粒徑之無機粒子為30質量%以上,則容易將形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*控制為35~75,且容易提供溶液經時穩定性優異之組成物。
利用以下方法求出含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種之無機粒子的粒徑。 無機粒子的粒徑能够藉由利用透射型電子顯微鏡觀察粉體無機粒子並觀測無機粒子未凝聚之部分而求出。關於無機粒子的粒度分佈,使用透射型電子顯微鏡拍攝作為一次粒子的集合體之中空無機粒子、中實無機粒子或多孔質無機粒子之後,根據使用圖像處理裝置而得到之圖像測定粒度分佈。本發明中,關於中空無機粒子、中實無機粒子或多孔質無機粒子的平均粒徑,依據由粒度分佈計算出之個數基準的算術平均直徑而設為平均粒徑。關於粒度分佈,能夠使用Hitachi, Ltd.製電子顯微鏡(H-7000)作為透射型電子顯微鏡,並使用NIRECO CORPORATION製Luzex AP作為圖像處理裝置進行測定。
(真比重) 無機粒子的真比重係1.0~6.0g/cm3 為較佳。下限係2.5g/cm3 以上為更佳,3.0g/cm3 以上為進一步較佳。上限係4.5g/cm3 以下為更佳。無機粒子的真比重越小於較佳範圍的上限值,在組成物中越不易產生粒子的沉降,能夠更有效地改善溶液經時穩定性、圖案形狀及缺陷。並且,真比重為2.5g/cm3 以上(較佳為3.0g/cm3 以上)的無機粒子在無機粒子總量中之比例係5質量%以上為較佳,10質量%以上為更佳。上限既能夠設為100質量%,亦能夠設為99質量%以下。
(折射率) 本發明中,無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上。 無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率係1.8以上為較佳,1.8~2.8為更佳,1.90~2.80為特佳,2.10~2.75為更特佳,2.50~2.75為最佳。若無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上,則能夠加大形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*,因此較佳。 無機粒子中所含之無機物的折射率能夠藉由以下的測定粒子的折射率之方法求出。 首先,使用已知折射率之分散劑和PGMEA,使粒子(無機粒子)分散而製作分散液。然後,將所製作出之分散液和已知折射率之樹脂以粒子在固體成分中的濃度成為10質量%、20質量%、30質量%、40質量%之方式混合,從而製作4種塗佈液。將該等塗佈液於Si晶片上以300nm製膜之後,使用橢圓偏光計(Lambda Ace RE-3300(商品名),Dainippon Screen Mfg. Co.,Ltd.)測定所得到之膜的折射率。然後,繪製粒子濃度和折射率並進行外插而導出粒子的折射率。 無機粒子中所含之無機物的折射率係藉由以下方法從組成物、膜或硬化膜中取出無機粒子之後利用上述方法進行測定。 當對從膜或硬化膜中取出之無機粒子中所含之無機物測定折射率時,作為從膜中取出無機粒子之方法,例如在膜或硬化膜(若為組成物,則進行塗佈而製成膜)上加入膜或硬化膜的10~30質量%的2~6mol/L的鹼性溶液,加熱回流12小時之後,進行過濾及清洗,藉此得到無機粒子成分。 並且,利用日本特開2001-233611號公報的<0033>~<0034>中所揭示之方法亦能夠進行測定。該公報的內容被併入本說明書中。
(種類) 無機粒子只要含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種,則並沒有特別限制。 作為無機粒子,可以舉出先前公知的各種無機粒子。與有機粒子相比,無機粒子中密度較大者較多,密度越大的粒子,在組成物中越不易產生沉降。含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種之無機粒子由於能夠抑制沉降,因此能夠提供溶液經時穩定性優異之組成物。 無機粒子係含有金屬之粒子為較佳。本發明的組成物係無機粒子含有金屬單體或金屬氧化物為更佳。
作為無機粒子,可以舉出顏料、陶瓷材料、磁性體材料及其他粒子等,顏料為較佳。
無機粒子係白色顏料為較佳。藉由使用白色顏料作為無機粒子,使用組成物形成厚度3.0μm的膜時,容易將CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*控制為較佳範圍。本發明中,白色顏料不僅包含純白色,還包含接近白色之亮灰色(例如灰白色、淡灰色等)顏料等。 白色顏料具有密度較大的傾向,在組成物中容易產生沉降。依本發明,若使用中空無機粒子、中實無機粒子或多孔質無機粒子的白色顏料,則能夠抑制白色顏料的沉降而提供溶液經時穩定性優異之組成物。 白色顏料例如可以舉出氧化鈦、鈦酸锶、鈦酸鋇、氧化鈰、氧化鋅、氧化鎂、氧化鋯、氧化鋁、硫酸鋇、二氧化矽、滑石、雲母、氫氧化鋁、矽酸鈣、矽酸鋁、硫化鋅等。白色顏料係具有鈦原子之粒子為較佳,氧化鈦為更佳。亦即,無機粒子含有氧化鈦為較佳。
無機粒子亦可以使用除白色顏料以外的無機粒子。作為除白色顏料以外的無機粒子的例子,可以舉出金剛石、氮化硼、氮化鋁、氧化鑭、氮化鈦等。
關於氧化鈦,二氧化鈦(TiO2 )的純度係70%以上為較佳,80%以上為更佳,85%以上為進一步較佳。關於氧化鈦,Tin O2n-1 (n表示2~4的數。)所表示之低次氧化鈦、氮氧化鈦等的含量係30質量%以下為較佳,20質量%以下為更佳,15質量%以下為進一步較佳。
氧化鈦既可以是金紅石型氧化鈦,亦可以是銳鈦礦型氧化鈦,但從著色性、溶液經時穩定性的觀點考慮,金紅石型氧化鈦為較佳。亦可以焼成銳鈦礦型氧化鈦而轉化為金紅石型。尤其將使用了金紅石型氧化鈦之組成物進行硬化而得到之硬化膜,即使加熱硬化膜,色差變化亦較少,具有良好的著色性。並且,氧化鈦的金紅石化率係95%以上為較佳,99%以上為更佳。 作為金紅石型氧化鈦,可以使用公知者。金紅石型氧化鈦的製造方法有硫酸法和氯化法這2種,本發明中,藉由任何一種製造方法製造者均可以較佳地進行使用。其中,硫酸法係指如下製造方法:將鈦鐵礦礦石或鈦渣作為原料,將其溶解於濃硫酸中,將鐵成分作為硫酸鐵而分離,並對溶液進行水解,藉此得到氫氧化物的沉澱物,將其在高溫下燒成而取出金紅石型氧化鈦。另一方面,氯化法係指如下製造方法:將合成金紅石或天然金紅石作為原料,將其在約1000℃的高溫下與氯氣和碳進行反應而合成四氯化鈦,並將其氧化而取出金紅石型氧化鈦。金紅石型氧化鈦係利用氯化法得到之金紅石型氧化鈦為較佳。
平均粒徑100~1000nm的氧化鈦粒子能夠將光散射而使光呈現白色,當使用組成物形成厚度3.0μm的膜時,容易將CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*控制為35~75。氧化鈦粒子的平均粒徑的較佳範圍與無機粒子的平均粒徑的較佳範圍相同。
氧化鈦的pH(酸鹼度(power of hydrogen))係6~8為較佳。 氧化鈦的吸油量(g/100g)係10~60(g/100g)為較佳,10~40(g/100g)為更佳。 氧化鈦中,Fe2 O3 、Al2 O3 、SiO2 、Nb2 O5 、Na2 O的合計量係0.1質量%以下為較佳,0.05質量%以下為更佳,0.02質量%以下為進一步較佳,實質上不含該等為特佳。 對氧化鈦的形狀並沒有特別限制。例如可以舉出各向同性形狀(例如球狀、多面體狀等)、各向異性形狀(例如針狀、棒狀、板狀等)、不規則形狀等形狀。 氧化鈦的硬度(莫氏硬度)係5~8為較佳,7~7.5為更佳。 氧化鈦的真比重(密度)係1.0~6.0g/cm3 為較佳,3.9~4.5g/cm3 為更佳。 氧化鈦的體比重係0.1g/cm3 ~1.0g/cm3 為較佳。
氧化鈦等無機粒子可以係藉由有機化合物等表面處理劑進行表面處理而得到者。表面處理中所使用之表面處理劑的例子可以舉出多元醇、氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化矽(氧化矽)、含水二氧化矽、烷醇胺、硬脂酸、有機矽氧烷、氧化鋯、氫化二甲基矽油(hydrogen dimethicone)、矽烷偶合劑、鈦酸酯偶合劑等。其中,矽烷偶合劑為較佳。並且,氧化鈦等無機粒子利用選自包括Al(鋁)、Si(矽)、Zr及有機物之組群中之任意1個以上的表面處理劑進行處理而得到者為較佳,利用Al、Si及有機物的表面處理劑進行處理而得到者更佳,利用選自包括Al化合物及有機物之組群中之任意1個表面處理劑進行處理而得到者為特佳。由於氧化鈦等無機粒子的表面將被塗佈,因此能夠抑制氧化鈦等無機粒子的光催化活性,耐光性得到提高。表面處理既可以利用單獨1種表面處理劑來實施,亦可以將2種以上的表面處理劑組合來實施。並且,氧化鈦等無機粒子的表面由氧化鋁、二氧化矽、氧化鋯等氧化物塗覆亦較佳。藉此,耐光性及分散性得到進一步提高。
氧化鈦等無機粒子由鹼性金屬氧化物或鹼性金屬氫氧化物塗覆亦較佳。作為鹼性金屬氧化物或鹼性金屬氫氧化物,可以舉出含有鎂、鋯、鈰、锶、銻、鋇或鈣等之金屬化合物。
由鹼性金屬氧化物或鹼性金屬氫氧化物塗覆之無機粒子例如能夠以如下方式得到。 在水或以水為主成分之溶液中分散無機粒子而得到漿液。根據需要,藉由砂磨機或球磨機等粉碎無機粒子。接著,將漿液的pH設為中性或鹼性、根據情況設為酸性。然後,將成為塗覆材料的原料的水溶性鹽添加到漿液中來塗覆無機粒子的表面。然後,中和漿液,並回收無機粒子。所回收之無機粒子可以乾燥或乾式粉碎。
氧化鈦等無機粒子具有酸性部位,且利用能夠與酸性部位反應之化合物進行表面處理為較佳。作為能夠與無機顏料的酸性部位反應之化合物,可以舉出三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、雙-三羥甲基丙烷、乙氧基化三羥甲基丙烷或季戊四醇等多元醇、單乙醇胺、單丙醇胺、二乙醇胺、二丙醇胺、三乙醇胺或三丙醇胺等烷醇胺、氯矽烷或烷氧基矽烷等。 作為使無機粒子和能夠與無機粒子的酸性部位反應的化合物進行反應之方法,可以舉出(1)向流體能量粉碎機或衝擊粉碎機等乾式粉碎機中投入上述化合物和無機粒子並粉碎無機顏料之方法、(2)使用亨舍爾混合機或高速混合機等高速攪拌機攪拌上述化合物和經乾式粉碎之無機粒子並進行混合之方法、(3)向無機粒子的水性漿液中添加上述化合物並進行攪拌之方法等。
本發明的組成物中,無機粒子含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種。 本發明中,從塗佈適應性、缺陷、著色性的觀點考慮,無機粒子含有中空無機粒子或多孔質無機粒子為較佳。 無機粒子不僅可以使用僅包括單一無機物之者,亦可以使用與其他材料複合之粒子。例如,可以舉出內部具有空孔之中空無機粒子、內部具有其他材料之中實無機粒子、芯粒子上附著有複數個無機粒子之中實無機粒子、由包括聚合物粒子之芯粒子和包括無機奈米粒子之殼層構成之芯-殼複合粒子。 以下,對中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子的較佳態樣進行說明。
-中空無機粒子- 作為中空無機粒子並沒有特別限制。中空無機粒子既可以是一次粒子,亦可以是二次粒子。中空無機粒子係二次粒子為較佳。 作為中空無機粒子,可以舉出具有單一的中空部之單孔中空粒子、具有複數個中空部之多孔中空粒子。中空無機粒子係單孔中空粒子為較佳。 中空無機粒子的中空部的直徑並沒有特別限制。中空無機粒子的中空部的直徑係5~900nm為較佳,20~800nm為更佳,50~500nm為特佳。
作為中空無機粒子的材料,亦即包圍中空無機粒子的中空部之材料,除了無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上以外,並沒有特別限定,可以使用各種各樣的無機物。作為中空無機粒子的材料,可以舉出硫化鋅、硫酸鋇、碳酸鉛、氧化鉛、氧化銻、鈦酸鉀、鈦酸鋇、氧化鋅、氧化鋯、氧化鈰、氧化鑭及氧化鈦等。中空無機粒子的材料係氧化鈦為較佳。
中空無機粒子的平均粒徑(較佳為平均二次粒徑)係100~1000nm為較佳,150~600nm為更佳,200~500nm為特佳。
中空無機粒子的孔隙率係5~90體積%為較佳,10~80體積%為更佳,30~70體積%為特佳。 孔隙率係將中空無機粒子的整體體積設為100體積%時之中空無機粒子的中空部的總體積%。孔隙率能夠藉由使用中空無機粒子的折射率和由中空無機粒子的材料計算出之折射率的理論值進行計算而求出。另外,中空無機粒子的孔隙率例如亦能夠藉由切斷含有中空無機粒子之組成物的硬化物,觀察在切剖面上出現之複數個中空無機粒子和複數個中空無機粒子的中空部的形狀及大小,並計算中空無機粒子的總體積和中空無機粒子的中空部的總體積而求出。
作為製備中空無機粒子之方法並沒有特別限制。 製備中空無機粒子之方法係溶劑熱法(solvothermal method)為較佳。中空無機粒子例如能夠藉由使用後述的多孔質無機粒子的製備方法中之溶劑熱法,將加熱至成為超臨界流體之溫度時之升溫速度控制為後述的範圍而進行合成。
作為中空無機粒子,可以參閱日本特開2015-164881號公報的<0013>~<0120>的記載。該等公報的內容被併入本說明書中。
-中實無機粒子- 作為中實無機粒子並沒有特別限制。中實無機粒子既可以是一次粒子,亦可以是二次粒子。中實無機粒子係二次粒子為較佳。 關於中實無機粒子,芯既可以是有機物,亦可以是無機物,從減小密度之觀點考慮,有機物為較佳。 作為中實無機粒子,例如可以舉出在芯中具有與殼層不同之無機粒子之中實無機粒子、在芯粒子上附著有複數個無機粒子之中實無機粒子、包括構成芯之聚合物粒子和構成殼層之無機粒子之芯-殼層的複合粒子。其中,芯-殼層的複合粒子、在芯粒子上附著有複數個無機粒子之中實無機粒子為較佳。
作為構成芯之聚合物粒子,平均粒徑1~500μm的聚合物粒子為較佳,平均粒徑3~300μm的聚合物粒子為更佳。 聚合物粒子係使含有交聯或非交聯的苯乙烯系、丙烯酸系、甲基丙烯酸系聚合物及該等的衍生物中的1種以上之單體進行聚合而得到之聚合物粒子為較佳。 並且,作為構成芯之聚合物粒子的另一較佳態樣,平均粒徑1~900nm的聚合物粒子為較佳,10~500nm的聚合物粒子為進一步較佳。
作為構成殼層之無機粒子,小於聚合物粒子為較佳,具有聚合物粒子的平均粒徑的1/5~1/100,000的平均粒徑為更佳。例如,能夠使用具有0.01~10μm的平均粒徑之無機粒子,較佳地,可使用具有0.02~2μm的平均粒徑之無機粒子。 作為無機粒子,例如能夠使用金剛石、氧化鈰(Ceria)、氧化鈦(Titania)、氮化硼、氮化鋁、二氧化鋯(Zilconia)。在該等之中,氧化鈰及氧化鈦為較佳,氧化鈦為更佳。
作為芯與殼層的組合,能夠任意組合上述聚合物粒子和無機粒子。
殼層的厚度能夠藉由調節液體或超臨界狀態的二氧化碳的溫度及壓力、無機奈米粒子的添加量而改變。殼層的厚度能夠藉由利用電子顯微鏡直接觀察中實無機粒子的剖面之方法、在加熱爐中使聚合物粒子燃燒並測定殘留物(無機粒子)的質量之方法等進行評價。
中實無機粒子中之芯與殼層的折射率差係0.1~2.0為較佳,0.5~1.6為更佳,0.8~1.4為特佳。
作為製備中實無機粒子之方法並沒有特別限制。 中實無機粒子係藉由溶劑熱法製造之粒子為較佳。例如,使構成芯之聚合物粒子和構成殼層之無機粒子與液體或超臨界狀態的二氧化碳接触而使聚合物粒子的表面軟化為較佳。在該製程中,不使用有機溶劑為較佳。該製程例如在耐壓容器內,在液體或超臨界狀態的二氧化碳存在之既定壓力(5~50MPa)及溫度(10~200℃)下進行為較佳。 在經軟化之聚合物表面固定無機奈米粒子而進行複合化之後,將溫度恢復至室溫為較佳。 接著,將壓力恢復至大氣壓,藉此除去二氧化碳而得到中實無機粒子為較佳。
作為將構成芯之聚合物粒子和構成殼層之無機粒子進行複合化時之氣氛,在液體或超臨界狀態的二氧化碳中為較佳。用於維持液體狀態的二氧化碳之條件為三相點(-56.6℃、0.52MPa)以上的壓力與溫度的組合,在臨界點(31.1℃、7.4MPa)以上的壓力和溫度下,二氧化碳成為超臨界狀態。維持為溫度10~200℃且壓力5~50MPa的範圍為較佳。溫度20~50℃及壓力20~35MPa的組合為更佳。藉由利用液體或超臨界狀態的二氧化碳,將芯粒子表面藉由膨潤和/或加熱而進行可塑化,從而使芯粒子表面軟化為較佳。經軟化之芯粒子表面上容易附著無機粒子,進而藉由除去液體或超臨界狀態的二氧化碳,無機粒子固定於聚合物粒子的表面而形成殼層,從而容易成為中實無機粒子。
形成中實無機粒子之後,將溫度降低至室溫並停止攪拌,緩慢開放耐壓容器的排氣閥,將容器內的液體二氧化碳作為氣體緩慢從耐壓容器中排出為較佳。除去二氧化碳之後,打開耐壓容器,能夠取出中實無機粒子。
作為芯-殼層的複合粒子之中實無機粒子,例如可以參閱日本特開2015-47520號公報的0012~0042段的記載,其內容被併入本說明書中。
-多孔質無機粒子- 作為多孔質無機粒子並沒有特別限制。 多孔質無機粒子既可以是一次粒子,亦可以是二次粒子。多孔質無機粒子係形成有複數個一次粒子間的纏結而形成高次網絡從而成為密度高的二次粒子為較佳。並且,多孔質無機粒子係一次粒子間的纏結較少且孔隙較多的多孔質化之粒子為較佳。 “多孔質無機粒子”係在粒子表面具有能夠藉由使用了掃描型電子顯微鏡(SEM)之觀察而判別之孔徑10nm以上的細孔之多孔質無機粒子為較佳。並且,多孔質無機粒子具有複數個2nm以上且100nm以下的細孔為較佳,具有複數個10nm以上且50nm以下的細孔為更佳。 多孔質無機粒子的平均粒徑係50nm以上且1μm以下為較佳。藉由將多孔質無機粒子的平均粒徑設為該範圍,容易將CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*設為較高。 為了顯示優異之穩定性、單分散性、較高的聚光特性、易再利用性等優異之特性,多孔質無機粒子係球狀為較佳。
在表面具有複數個細孔之粒子具有比表面積亦較大之傾向。藉此,粒子的比表面積可以說是表示粒子的多孔質化程度之一個指標,認為比表面積較高的粒子,係更為多孔質的粒子。更為多孔質的粒子由於粒子比重更小,因此能夠進一步抑制粒子的沉降。
作為多孔質無機粒子的材料,可以舉出硫化鋅、硫酸鋇、碳酸鉛、氧化鉛、氧化銻、鈦酸鉀、鈦酸鋇、氧化鋅、氧化鋯、氧化鈰及氧化鈦等。中空無機粒子的材料係氧化鈦為較佳。
作為多孔質無機粒子的製備方法並沒有特別限制。 作為多孔質無機粒子的製備方法,有水熱法、溶膠-凝膠法、自組裝(自組織化)法、溶劑熱法等。 作為多孔質無機粒子的製備方法,可以舉出一種氧化鈦粒子的製造方法,其具有將選自包括鈦醇鹽及鈦氯化物之組群中之化合物A進行水解並使其縮聚之製程,且具有在鹼性催化劑、水及抑制化合物A中至少一個的水解或縮聚反應之化合物B的存在下進行化合物A的水解之製程。
作為多孔質無機粒子的製備方法,溶劑熱法為較佳。 溶劑熱法為在超臨界流體中進行之製備方法。 “超臨界流體”係指臨界點以上的溫度及壓力下之物質的狀態,被稱為無法區分氣體與液體之狀態,具有氣體的擴散性和液體的溶解性。作為超臨界流體,可以較佳地使用超臨界甲醇。
在超臨界流體中進行之溶劑熱法係具備以下兩個製程為較佳。 (製程A)在作為超臨界流體之溶劑(較佳為甲醇)中添加無機粒子和羧酸(較佳為選自甲酸、乙酸、安息香酸及鄰苯二甲酸中之1種以上)而製備溶液之製程 (製程B)在成為超臨界流體之溫度下對上述製程A中製備出之溶液進行加熱之製程
作為上述羧酸相對於溶劑(較佳為甲醇)之濃度,0.05~5.0mol/L為較佳。
藉由在超臨界流體中使無機粒子和上述羧酸進行反應,能夠在一次粒子彼此不分離之狀態下生成球狀的多孔質無機粒子。
反應溫度係200℃以上為較佳,300~400℃為更佳。當反應溫度為200℃以上時,藉由一次粒徑變大而孔徑變大,從而容易形成多孔質無機粒子。
根據加熱至成為超臨界流體之溫度時之升溫速度(加熱速度)的大小,亦即根據是進行急劇加熱(急加熱)還是進行緩慢加熱(慢加熱),能夠控制無機粒子的形狀。 在製程B中,緩慢進行加熱為較佳。具體而言,將該加熱速度設為20℃/分鐘以下為較佳,設為0.1~10℃/分鐘為更佳。藉由將加熱速度設為上述數值範圍,容易得到中空無機粒子。 另一方面,若加熱速度超過20℃/分鐘,則容易得到多孔質無機粒子,設為200~1000℃/分鐘為更佳。 作為控制無機粒子的形狀之方法,可以參閱E. K. C. Pradeep, T. Habu, H. Tooriyama, M. Ohtani, K. Kobiro, J. Supercrit. Fluids 2015, 97, 217-223的記載。
達到加熱溫度之後之加熱時間至少為1秒鐘以上為較佳,1~10分鐘為更佳。
作為多孔質無機粒子,可以參閱日本特開2015-199637號公報的<0016>~<0049>、日本特開2015-164881號公報的<0013>~<0120>的記載。該等公報的內容被併入本說明書中。
-其他形狀的無機粒子- 組成物還可以含有除中空無機粒子、中實無機粒子或多孔質無機粒子以外的其他形狀的無機粒子。 作為其他形狀的無機粒子,可以舉出不是中空無機粒子、中實無機粒子或多孔質無機粒子中的任何一種之具有50~300nm的平均一次粒徑之粒子,較佳為具有50~150nm的平均一次粒徑之粒子及平均長軸長度為50~150nm的粒子。 作為用作其他形狀的無機粒子之粒子,可以舉出顏料、陶瓷材料、磁性體材料及其他粒子等,顏料為較佳。
本發明的組成物中,其他形狀的無機粒子係白色顏料為較佳。藉由使用白色顏料作為其他形狀的無機粒子,當使用組成物形成厚度3.0μm的膜時,容易將CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*控制在較佳範圍。本發明中,白色顏料不僅包含純白色,還包含接近白色之亮灰色(例如灰白色、淡灰色等)顏料等。 白色顏料具有密度較大的傾向,在組成物中容易產生沉降。若使用平均一次粒徑50~150nm的粒子及平均長軸長度為50~150nm的粒子中的至少一方作為其他形狀的無機粒子,則即使在使用白色顏料作為其他形狀的無機粒子的情況下,亦容易抑制白色顏料的沉降而提供溶液經時穩定性優異之組成物。 用作其他形狀的無機粒子之白色顏料例如可以舉出氧化鈦、鈦酸锶、鈦酸鋇、氧化鋅、氧化鎂、氧化鋯、氧化鋁、硫酸鋇、二氧化矽、滑石、雲母、氫氧化鋁、矽酸鈣、矽酸鋁、中空樹脂粒子、硫化鋅等。用作其他形狀的無機粒子之白色顏料係具有鈦原子之粒子為較佳,氧化鈦為更佳。
關於用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦,二氧化鈦(TiO2 )的純度係70%以上為較佳,80%以上為更佳,85%以上為進一步較佳。關於用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦,Tin O2n-1 (n表示2~4的數。)所表示之低次氧化鈦、氧氮化鈦等的含量係30質量%以下為較佳,20質量%以下為更佳,15質量%以下為進一步較佳。
用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦既可以是金紅石型氧化鈦,亦可以是銳鈦礦型氧化鈦,從著色性、溶液經時穩定性的觀點考慮,金紅石型氧化鈦為較佳。尤其,將使用了金紅石型氧化鈦之組成物進行硬化而得到之硬化膜,即使加熱硬化膜,色差變化亦較少,具有良好的著色性。並且,氧化鈦的金紅石化率係95%以上為較佳,99%以上為更佳。 作為用作其他形狀的無機粒子之金紅石型氧化鈦,能夠使用公知者。用作其他形狀的無機粒子之金紅石型氧化鈦的製造方法有硫酸法和氯化法這2種,本發明中,藉由任何一種製造方法製造者均可以較佳地進行使用。其中,硫酸法係指如下製造方法:將鈦鐵礦礦石或鈦渣作為原料,將其溶解於濃硫酸中,將鐵成分以硫酸鐵形式分離,並對溶液進行水解,藉此得到氫氧化物的沉澱物,將其在高溫下燒成而取出金紅石型氧化鈦。另一方面,氯化法係指如下製造方法:將合成金紅石或天然金紅石作為原料,將其在約1000℃的高溫下與氯氣和碳進行反應而合成四氯化鈦,並將其氧化而取出金紅石型氧化鈦。用作其他形狀的無機粒子之金紅石型氧化鈦係利用氯化法得到之金紅石型氧化鈦為較佳。
用作其他形狀的無機粒子之平均一次粒徑50~300nm的粒子、較佳為50~150nm的氧化鈦粒子及平均長軸長度為50~150nm的氧化鈦粒子能夠將光散射而使光呈現白色,當使用組成物形成厚度3.0μm的膜時,容易將CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*控制為35~75。 用作其他形狀的無機粒子之平均一次粒徑50~150nm的氧化鈦粒子係平均一次粒徑為50~150nm為較佳,平均一次粒徑為60~140nm為較佳,80~130nm為更佳。平均一次粒徑50~150nm的粒子在拍攝粒子之透射型電子顯微鏡的照片中係圓狀粒子為較佳。平均一次粒徑50~150nm的粒子亦可以是具有前述長軸和短軸之粒子而不是嚴密的圓狀粒子。 用作其他形狀的無機粒子之平均長軸長度為50~150nm的粒子係平均長軸長度為60~140nm為較佳,80~130nm為更佳。 用作其他形狀的無機粒子之平均長軸長度為50~150nm的粒子係具有長軸和短軸之粒子為較佳。 用作其他形狀的無機粒子之平均長軸長度為50~150nm的粒子係平均短軸長為5~50nm為較佳,10~30nm為更佳,10~20nm為特佳。用作其他形狀的無機粒子之平均長軸長度為50~150nm的粒子係平均長軸長度為平均短軸長度的2~10倍為較佳,3~6倍為更佳,4~5倍為特佳。
用作其他形狀的無機粒子之平均一次粒徑50~300nm的粒子、較佳為50~150nm的粒子及平均長軸長度為50~150nm的粒子對波長589nm的光之折射率係1.75~2.80為較佳,1.90~2.80為更佳,2.10~2.75為進一步較佳,2.50~2.75為特佳。若平均一次粒徑50~150nm的粒子及平均長軸長度為50~150nm的粒子對波長589nm的光之折射率為2.1以上,則能夠加大形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*,因此較佳。
關於用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦的比表面積,藉由BET(Brunauer,Emmett,Teller)法測定之值係10~400m2 /g為較佳,10~200m2 /g為更佳,10~150m2 /g為進一步較佳,10~40m2 /g為特佳,10~20m2 /g為最佳。 作為其他形狀的無機粒子之氧化鈦的pH(酸鹼度)係6~8為較佳。 用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦的吸油量(g/100g)係10~60(g/100g)為較佳,10~40(g/100g)為更佳。 關於用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦,Fe2 O3 、Al2 O3 、SiO2 、Nb2 O5 、Na2 O的合計量係0.1質量%以下為較佳,0.05質量%以下為更佳,0.02質量%以下為進一步較佳,實質上不含該等為特佳。 用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦的形狀並沒有特別限制。例如,可以舉出各向同性形狀(例如球狀、多面體狀等)、各向異性形狀(例如針狀、棒狀、板狀等)、不規則形狀等形狀。 用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦的硬度(莫氏硬度)係5~8為較佳,7~7.5為更佳。 用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦的真比重(密度)係1.0~6.0g/cm3 為較佳,3.9~4.5g/cm3 為更佳。 用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦的體比重係0.1g/cm3 ~1.0g/cm3 為較佳,0.2g/cm3 ~0.4g/cm3 為更佳。
其他形狀的無機粒子可以較佳地使用市售者。作為用作其他形狀的無機粒子之氧化鈦的市售品,例如可以舉出ISHIHARA SANGYO KAISHA,LTD.製的商品名Tipaque R-550、R-580、R-630、R-670、R-680、R-780、R-780-2、R-820、R-830、R-850、R-855、R-930、R-980、CR-50、CR-50-2、CR-57、CR-58、CR-58-2、CR-60、CR-60-2、CR-63、CR-67、CR-Super70、CR-80、CR-85、CR-90、CR-90-2、CR-93、CR-95、CR-953、CR-97、PF-736、PF-737、PF-742、PF-690、PF-691、PF-711、PF-739、PF-740、PC-3、S-305、CR-EL、PT-301、PT-401M、PT-401L、PT-501A、PT-501R、UT771、TTO-51C、TTO-80A、TTO-S-2、A-220、MPT-136、MPT-140、MPT-141; SAKAI CHEMICAL INDUSTRY CO.,LTD.製的商品名R-3L、R-5N、R-7E、R-11P、R-21、R-25、R-32、R-42、R-44、R-45M、R-62N、R-310、R-650、SR-1、D-918、GTR-100、FTR-700、TCR-52、A-110、A-190、SA-1、SA-1L、STR-100A-LP、STR-100C-LP、TCA-123E; TAYCA CORPORATION製的商品名JR、JRNC、JR-301、JR-403、JR-405、JR-600A、JR-600E、JR-603、JR-605、JR-701、JR-800、JR-805、JR-806、JR-1000、MT-01、MT-05、MT-10EX、MT-100S、MT-100TV、MT-100Z、MT-100AQ、MT-100WP、MT-100SA、MT-100HD、MT-150EX、MT-150W、MT-300HD、MT-500B、MT-500SA、MT-500HD、MT-600B、MT-600SA、MT-700B、MT-700BS、MT-700HD、MT-700Z; Titan Kogyo, Ltd.製的商品名KR-310、KR-380、KR-380N、ST-485SA15; FUJI TITANIUM INDUSTRY CO.,LTD.製的商品名TR-600、TR-700、TR-750、TR-840、TR-900; SHIRAISHI CALCIUM KAISHA, LTD.製的商品名Brilliant1500等。並且,亦可以使用日本特開2015-67794號公報的0025~0027段中所記載之氧化鈦。 作為鈦酸锶的市售品,可以舉出SW-100(Titan Kogyo, Ltd.製)等。作為硫酸鋇的市售品,可以舉出BF-1L(SAKAI CHEMICAL INDUSTRY CO.,LTD.製)等。作為氧化鋅的市售品,可以舉出Zincox Super F-1(Hakusuitech Co.,Ltd.製)等。作為氧化鋯的市售品,可以舉出Z-NX(TAIYO KOKO CO.,LTD.製)等。 亦可以將氧化鈦的市售品進行分級處理之後,作為其他形狀的無機粒子而用於本發明的組成物中。例如,可以較佳地使用CR-90-2的分級處理品或MPT-141的分級處理品。
(無機粒子的製備方法) 作為無機粒子的製備方法並沒有特別限制,能夠使用公知的方法。 本發明中,無機粒子係藉由溶劑熱法製造出之粒子為較佳。 溶劑熱法係作為製備中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子之方法的例子而記載之方法為較佳。
(含量) 無機粒子的含量相對於組成物的總固體成分,係1質量%以上為較佳,3質量%以上為更佳,5質量%以上為特佳,25質量%以上為更特佳,35質量%以上為最佳。作為上限並沒有特別限制,但相對於組成物的總固體成分,係75質量%以下為更佳,60質量%以下為進一步較佳,55質量%以下為最佳。本發明的組成物可以僅含有1種無機粒子,亦可以含有2種以上。當本發明的組成物含有2種以上無機粒子時,其合計量在上述範圍內為較佳。 並且,中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種在無機粒子中之比例係50質量%以上為較佳,80質量%以上為更佳。上限既能夠設為100質量%,亦能夠設為99質量%以下。 並且,白色顏料在無機粒子中之比例係50質量%以上為較佳,80質量%以上為更佳。上限既可以設為100質量%,亦可以設為99質量%以下。從白色度、透射率、微影特性、耐光性的觀點考慮,99質量%以下為較佳,95質量%以下為進一步較佳。 並且,氧化鈦在無機粒子中之比例係50質量%以上為較佳,80質量%以上為更佳。上限既可以設為100質量%,亦可以設為99質量%以下。從白色度、透射率、微影特性、耐光性的觀點考慮,99質量%以下為較佳,95質量%以下為進一步較佳。 並且,真比重為1.0~6.0g/cm3 的粒子在無機粒子中之比例係50質量%以上為較佳,80質量%以上為更佳。上限既可以設為100質量%,亦可以設為99質量%以下。從白色度、透射率、微影特性、耐光性的觀點考慮,99質量%以下為較佳,95質量%以下為進一步較佳。
<<其他著色劑>> 組成物還可以含有除無機粒子以外的其他著色劑。藉由含有其他著色劑,當使用組成物形成厚度3.0μm的膜時,容易將CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之a*及b*控制為較佳範圍。作為其他著色劑,可以舉出彩色著色劑或黑色著色劑等。
(彩色著色劑) 組成物能夠含有彩色著色劑。本發明中,彩色著色劑係指除白色著色劑(包括白色顏料)及黑色著色劑以外的著色劑。 藉由含有彩色著色劑,例如能夠使由經時、加熱等引起之組成物的色調(CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*、a*及b*)的目視評價的變動穩定。 彩色著色劑係在波長400nm以上且小於650nm的範圍具有極大吸收之著色劑為較佳。
彩色著色劑既可以是彩色顏料,亦可以是染料。
彩色顏料係有機顏料為較佳。作為有機顏料並沒有特別限定,能夠使用公知的彩色顏料。作為有機顏料,例如可以舉出以下者。但是,本發明並不限定於該等。 比色指數(C.I.)顏料黃(Pigment Yellow)1、2、3、4、5、6、10、11、12、13、14、15、16、17、18、20、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、42、43、53、55、60、61、62、63、65、73、74、77、81、83、86、93、94、95、97、98、100、101、104、106、108、109、110、113、114、115、116、117、118、119、120、123、125、126、127、128、129、137、138、139、147、148、150、151、152、153、154、155、156、161、162、164、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、185、187、188、193、194、199、213、214等(以上為黄色顏料); C.I.顏料橙(Pigment Orange)2、5、13、16、17:1、31、34、36、38、43、46、48、49、51、52、55、59、60、61、62、64、71、73等(以上為橙色顏料); C.I.顏料紅(Pigment Red)1、2、3、4、5、6、7、9、10、14、17、22、23、31、38、41、48:1、48:2、48:3、48:4、49、49:1、49:2、52:1、52:2、53:1、57:1、60:1、63:1、66、67、81:1、81:2、81:3、83、88、90、105、112、119、122、123、144、146、149、150、155、166、168、169、170、171、172、175、176、177、178、179、184、185、187、188、190、200、202、206、207、208、209、210、216、220、224、226、242、246、254、255、264、270、272、279等(以上為紅色顏料); C.I.顏料綠(Pigment Green)7、10、36、37、58、59等(以上為綠色顏料); C.I.顏料紫(Pigment Violet)1、19、23、27、32、37、42等(以上為紫色顏料); C.I.顏料藍(Pigment Blue)1、2、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64、66、79、80等(以上為藍色顏料), 有機顏料可以單獨使用或者將2種以上組合使用。
作為染料並沒有特別限制,可以使用公知的染料。作為化學結構,可以使用吡唑偶氮系、苯胺基偶氮系、三苯基甲烷系、蒽醌系、蒽吡啶酮(Anthrapyridone)系、苯亞甲基系、氧雜菁(oxonol)系、吡唑并三唑偶氮系、吡啶酮偶氮系、花青系、噻吩嗪系、吡咯并吡唑次甲基偶氮(pyrrolo pyrazol azomethine)系、呫噸(xanthene)系、酞菁系、苯并吡喃系、靛藍系、吡咯甲川(pyrromethene)系等染料。並且,亦可以使用該等染料的多聚體。並且,亦可以使用日本特開2015-028144號公報、日本特開2015-34966號公報中所記載之染料。 並且,染料可以較佳地使用酸性染料及其衍生物。此外,亦可以有效地使用直接染料、鹼性染料、媒染染料、酸性媒染染料、冰染染料、分散染料、油溶染料、食品染料及該等的衍生物等。以下舉出酸性染料的具體例,但並不限定於該等。例如,可以舉出以下染料及該等染料的衍生物。
酸性茜素紫(Acid Alizarin violet)N; 酸性藍(Acid Blue)1、7、9、15、18、23、25、27、29、40~45、62、70、74、80、83、86、87、90、92、103、112、113、120、129、138、147、158、171、182、192、243、324:1; 酸性鉻紫(Acid Chrome violet)K; 酸性品紅(Acid Fuchsin); 酸性綠(acid green)1、3、5、9、16、25、27、50; 酸性橙(Acid Orange)6、7、8、10、12、50、51、52、56、63、74、95; 酸性紅(Acid Red)1、4、8、14、17、18、26、27、29、31、34、35、37、42、44、50、51、52、57、66、73、80、87、88、91、92、94、97、103、111、114、129、133、134、138、143、145、150、151、158、176、183、198、211、215、216、217、249、252、257、260、266、274; 酸性紫(Acid Violet)6B、7、9、17、19; 酸性黃(Acid Yellow)1、3、7、9、11、17、23、25、29、34、36、42、54、72、73、76、79、98、99、111、112、114、116、184、243; 食品黃(Food Yellow)3。
並且,上述以外的偶氮系、呫噸系、酞菁系酸性染料亦較佳,還可以較佳地使用C.I.溶劑藍(Solvent Blue)44、38;C.I.溶劑橙(Solvent orange)45;玫瑰紅(Rhodamine)B、玫瑰紅110等酸性染料及該等染料的衍生物。
當本發明的組成物含有彩色著色劑時,彩色著色劑的含量在本發明的組成物的總固體成分中設為0.1~70質量%為較佳。下限係0.5質量%以上為更佳,1.0質量%以上為特佳。上限係60質量%以下為更佳,50質量%以下為特佳。當本發明的組成物含有2種以上彩色著色劑時,其合計量在上述範圍內為較佳。
(黑色著色劑) 組成物能夠含有黑色著色劑。作為黑色著色劑,既可以是無機系黑色著色劑,亦可以是有機系黑色著色劑。
作為有機系黑色著色劑,例如可以舉出二苯并呋喃酮化合物、次甲基偶氮化合物、苝化合物、偶氮系化合物等,二苯并呋喃酮化合物、苝化合物為較佳。作為二苯并呋喃酮化合物,可以舉出日本特表2010-534726號公報、日本特表2012-515233號公報、日本特表2012-515234號公報等中所記載者,例如可以作為BASF公司製的“Irgaphor Black”而獲得。作為苝化合物,可以舉出C.I.顏料黑(Pigment Black)31、32等。作為次甲基偶氮化合物,可以舉出日本特開平1-170601號公報、日本特開平2-34664號公報等中所記載者,例如可以作為Dainichiseika公司製的“Chromofine Black A1103”而獲得。
作為無機系黑色著色劑並沒有特別限定,可以使用公知者。例如可以舉出碳黑、鈦黑、石墨等,碳黑、鈦黑為較佳,鈦黑為更佳。鈦黑係指含有鈦原子之黑色粒子,低次氧化鈦和氮氧化鈦為較佳。以提高分散性、抑制凝聚性等目的,鈦黑可以根據需要修飾表面。例如可以利用氧化矽、氧化鈦、氧化鍺、氧化鋁、氧化鎂或氧化鋯塗覆鈦黑的表面。並且,亦可以進行基於日本特開2007-302836號公報所示之拒水性物質之處理。作為黑色顏料,具體而言,可以舉出C.I.顏料黑1、7、鈦黑顏料等。
鈦黑的每個粒子的一次粒徑及平均一次粒徑均較小者較佳。具體而言,以平均一次粒徑計10nm~45nm範圍者為較佳。
鈦黑的比表面積並沒有特別限制,藉由BET(Brunauer,Emmett,Teller)法測定之值係5m2 /g以上且150m2 /g以下為較佳,20m2 /g以上且120m2 /g以下為更佳。作為鈦黑的市售品的例子,可以舉出鈦黑10S、12S、13R、13M、13M-C、13R、13R-N、13M-T(商品名稱:Mitsubishi Materials Corporation製)、Tilack D(商品名稱:AKO KASEI CO.,LTD.製)等。
鈦黑亦能夠用作分散物。例如,可以舉出含有鈦黑粒子和二氧化矽粒子,且分散物中的Si原子與Ti原子的含有比控制在0.20~0.50範圍之分散物等。關於上述分散物,可以參閱日本特開2012-169556號公報的0020~0105段的記載,其內容被併入本說明書中。
<<樹脂>> 本發明的組成物含有樹脂。樹脂例如以使顏料等粒子分散於組成物中之用途、黏結劑的用途配合。另外,將主要用於使粒子分散於組成物中之樹脂亦稱為分散劑。但是,如樹脂之類的用途為一例,亦可以以該種用途以外的目的使用。
樹脂的重量平均分子量(Mw)係1000~200000為較佳,更佳為2000~100000。若在該等範圍,則從相容性和顯白的觀點考慮較佳。
樹脂的含量相對於組成物的總固體成分係5~90質量%為較佳,更佳為10~60質量%。若在該等範圍,則從圖案形狀、耐熱性、L*的觀點考慮較佳。可以僅含有1種樹脂,亦可以含有2種以上。當含有2種以上時,其合計量在上述範圍內為較佳。
(黏結劑) 本發明的組成物中含有黏結劑作為樹脂為較佳。藉由含有黏結劑,膜特性得到提高。黏結劑可以任意使用公知者。較佳地,為了能夠進行水顯影或弱鹼水顯影而選擇對水或弱鹼水為可溶性或膨潤性的樹脂。例如,若使用鹼可溶性的樹脂,則能夠進行鹼顯影。作為該種樹脂,可以舉出側鏈具有羧基之自由基聚合物,例如日本特開昭59-44615號公報、日本日本特公昭54-34327號公報、日本日本特公昭58-12577號公報、日本日本特公昭54-25957號公報、日本特開昭54-92723號公報、日本特開昭59-53836號公報、日本特開昭59-71048號公報中所記載之聚合物。亦即,可以舉出使具有羧基之單體均聚或共聚而得到之樹脂、使具有酸酐之單體均聚或共聚而將酸酐單元水解或半酯化或半醯胺化而得到之樹脂、利用不飽和單羧酸及酸酐將環氧樹脂改質而得到之環氧丙烯酸酯等。作為具有羧基之單體,可以舉出丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、4-羧基苯乙烯等,作為具有酸酐之單體,可以舉出順丁烯二酸酐等。並且,有側鏈具有羧基之酸性纖維素衍生物。並且,還可以舉出具有羥基之聚合物中加成環狀酸酐而得到之聚合物。黏結劑係可溶於鹼顯影液之樹脂亦較佳。本發明的組成物含有鹼可溶性樹脂為較佳。並且,作為黏結劑,亦可以使用環氧樹脂或三聚氰胺樹脂等作為熱硬化性化合物之樹脂。
鹼可溶性樹脂可以從具有至少1個促進鹼溶解之基團之聚合物中適當地選擇。
鹼可溶性樹脂的數量平均分子量(Mn)係1000~20,000為較佳。 鹼可溶性樹脂的酸值係30~500mgKOH/g為較佳。下限係50mgKOH/g以上為更佳,70mgKOH/g以上為進一步較佳。上限係400mgKOH/g以下為更佳,200mgKOH/g以下為進一步較佳,150mgKOH/g以下為特佳,120mgKOH/g以下為最佳。
從耐熱性的觀點考慮,鹼可溶性樹脂係聚羥基苯乙烯系樹脂、聚矽氧烷系樹脂、丙烯酸系樹脂、丙烯醯胺系樹脂、丙烯酸/丙烯醯胺共聚物樹脂為較佳,從控制顯影性之觀點考慮,係丙烯酸系樹脂、丙烯醯胺系樹脂、丙烯酸/丙烯醯胺共聚物樹脂為較佳。作為促進鹼溶解之基團(以下,亦稱為“酸基”),例如可以舉出羧基、磷酸基、磺基、酚性羥基等,羧基為較佳。酸基可以僅為1種,亦可以為2種以上。
鹼可溶性樹脂例如能夠利用公知的自由基聚合法進行合成。利用自由基聚合法製造鹼可溶性樹脂時之溫度、壓力、自由基起始劑的種類及其量、溶劑的種類等聚合條件可以由本領域技術人員容易進行設定,亦能夠實験性地規定條件。
鹼可溶性樹脂係在側鏈上具有羧基之聚合物為較佳,可以舉出甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸共聚物、衣康酸共聚物、巴豆酸共聚物、順丁烯二酸共聚物、部分酯化順丁烯二酸共聚物、酚醛清漆型樹脂等鹼可溶性酚醛樹脂等、以及在側鏈上具有羧基之酸性纖維素衍生物、在具有羥基之聚合物中加成酸酐而得到者。尤其,(甲基)丙烯酸與能夠與其共聚之其他單體的共聚物適合作為鹼可溶性樹脂。作為能夠與(甲基)丙烯酸共聚之其他單體,可以舉出日本特開2015-34961號公報的0017~0019段中所記載之單體。例如,可以舉出(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸芳基酯、乙烯基化合物等。 作為(甲基)丙烯酸烷基酯及(甲基)丙烯酸芳基酯,可以舉出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯、三(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸萘酯、(甲基)丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸四氟糠酯等,作為乙烯基化合物,可以舉出苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯啶酮、聚苯乙烯大分子單體、聚甲基丙烯酸甲酯大分子單體等,作為日本特開平10-300922號公報中所記載之N位取代之順丁烯二醯亞胺單體,可以舉出N-苯基順丁烯二醯亞胺、N-環己基順丁烯二醯亞胺等。另外,能夠與該等(甲基)丙烯酸共聚之其他單體可以僅為1種,亦可以為2種以上。
鹼可溶性樹脂可以較佳地使用包括(甲基)丙烯酸苄酯/(甲基)丙烯酸共聚物、(甲基)丙烯酸苄酯/(甲基)丙烯酸/(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯共聚物、(甲基)丙烯酸苄酯/(甲基)丙烯酸/其他單體之多元共聚物。並且,亦可以較佳地使用將(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯共聚而得到者、日本特開平7-140654號公報中所記載之(甲基)丙烯酸2-羥基丙酯/聚苯乙烯大分子單體/甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸2-羥基-3-苯氧基丙酯/聚甲基丙烯酸甲酯大分子單體/甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸2-羥基乙酯/聚苯乙烯大分子單體/甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸2-羥基乙酯/聚苯乙烯大分子單體/甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸共聚物等。並且,作為市售品,例如亦可以使用FF-426(FUJIKURA KASEI CO,LTD.製)等。
並且,鹼可溶性樹脂可以使用具有聚合性基之鹼可溶性樹脂。依該態樣,具有所得到之膜的耐溶劑性提高之傾向。作為聚合性基,可以舉出(甲基)烯丙基、(甲基)丙烯醯基等。具有聚合性基之鹼可溶性樹脂中有用的是側鏈上具有聚合性基之鹼可溶性樹脂等。作為具有聚合性基之鹼可溶性樹脂,可以舉出Dianal NR系列(Mitsubishi Rayon Co.,Ltd.製)、Photomer6173(含有COOH之聚胺基甲酸酯丙烯酸寡聚物(polyurethane acrylic oligomer),Diamond Shamrock Co.,Ltd.製)、Viscote R-264、KS RESIST 106(均為OSAKA ORGANIC CHEMICAL INDUSTRY LTD.製)、CYCLOMER P系列(例如,ACA230AA)、PLACCEL CF200系列(均為Daicel Chemical Industries, Ltd.製)、Ebecryl3800(Dicel-UCB Company LTD.製)、ACRYCURE-RD-F8(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.製)等。
鹼可溶性樹脂包含將含有下述式(ED1)所表示之化合物及下述式(ED2)所表示之化合物(以下,將該等化合物亦稱作“醚二聚體”。)中的至少一方之單體成分聚合而成之聚合物亦較佳。關於將含有醚二聚體之單體成分聚合而成之聚合物的詳細內容,可以參閱日本特開2015-34961號公報的0022~0031段,其內容被併入本說明書中。
[化學式1]
式(ED1)中、R1 及R2 分別獨立地表示氫原子或可以具有取代基之碳數1~25的烴基。 [化學式2]式(ED2)中,R表示氫原子或碳數1~30的有機基。作為式(ED2)的具體例,可以參閱日本特開2010-168539號公報的記載。
作為醚二聚體的具體例,例如可以參閱日本特開2013-29760號公報的0317段,其內容被併入本說明書中。醚二聚體可以僅為1種,亦可以為2種以上。
鹼可溶性樹脂可以含有源自下述式(X)所表示之化合物之結構單元。 [化學式3]式(X)中,R1 表示氫原子或甲基,R2 表示碳數2~10的伸烷基,R3 表示氫原子或可以含有苯環之碳數1~20的烷基。n表示1~15的整數。
上述式(X)中,R2 的伸烷基的碳數係2~3為較佳。並且,R3 的烷基的碳數為1~20,但更佳為1~10。作為R3 所表示之含有苯環之烷基,可以舉出苄基、2-苯基(異)丙基等。
作為鹼可溶性樹脂的具體例,例如可以舉出下述樹脂。並且,亦可以舉出日本特開2015-34961號公報的0037段中所記載之樹脂。在該等樹脂之中,從耐溶劑性的觀點考慮,下述C-2等具有聚合性基之鹼可溶性樹脂為較佳。 [化學式4]
鹼可溶性樹脂可以參閱日本特開2012-208494號公報的0558~0571段(對應之美國專利申請公開第2012/0235099號說明書的<0685>~<0700>)的記載,該等內容被併入本說明書中。另外,亦可以使用日本特開2012-32767號公報中所記載之0029~0063段中所記載之共聚物(B)及實施例中使用之鹼可溶性樹脂、日本特開2012-208474號公報的0088~0098段中所記載之黏結劑樹脂及實施例中使用之黏結劑樹脂、日本特開2012-137531號公報的0022~0032段中所記載之黏結劑樹脂及實施例中使用之黏結劑樹脂、日本特開2013-024934號公報的0132~0143段中所記載之黏結劑樹脂及實施例中使用之黏結劑樹脂、日本特開2011-242752號公報的0092~0098段及實施例中使用之黏結劑樹脂、日本特開2012-032770號公報的0030~0072段中所記載之黏結劑樹脂。該等內容被併入本說明書中。
作為黏結劑,可以使用對波長589nm的光之折射率為1.5以下之樹脂。 作為對波長589nm的光之折射率為1.5以下之樹脂,可以舉出氟系樹脂、或還作為上述鹼可溶性樹脂之聚矽氧烷系樹脂等。本發明中,樹脂係聚矽氧烷系樹脂為較佳,對波長589nm的光之折射率為1.5以下之聚矽氧烷系樹脂為更佳,對波長589nm的光之折射率為1.5以下之還作為鹼可溶性樹脂之聚矽氧烷系樹脂為特佳。 樹脂的折射率能夠藉由以下方法以未硬化的狀態進行測定。 具體的測定方法如下:在Si晶片上以300nm的厚度將僅包括成為測定對象之樹脂之膜進行製膜之後,使用橢圓偏光計(Lambda Ace RE-3300(商品名),Dainippon Screen Mfg. Co.,Ltd.)測定所得到之膜的折射率。
-氟系樹脂- 作為氟系樹脂,只要在樹脂中含有氟原子,則並沒有特別限定。例如,將(a)具有源自通式(F1)所表示之單體之重複單元之高分子化合物用作氟系樹脂亦較佳。
[化學式5]通式(F1)中,Rf表示含有氟烷基或全氟烷基之取代基,n表示1或2,R1 表示氫原子或甲基。 Rf係氟原子的數為9以上的含有氟烷基或全氟烷基之取代基為較佳。作為氟原子的數為9以上的含有氟烷基或全氟烷基之取代基,具體而言,可以舉出如下(甲基)丙烯酸氟烷基酯。 CH2 =CRCO2 (CH2m Cn F2n+1 (m表示1或2,n表示4~12的整數。並且,R表示氫原子或甲基。) CH2 =CRCO2 (CH2m (CF2n H (m表示1或2,n表示4~12的整數。並且,R表示氫原子或甲基。) 尤其,含有氟烷基或全氟烷基之取代基每一個的氟原子的數量為9~30者為較佳,更佳為13~25。
並且,將具有源自含有氟原子之不飽和單體之重複單元之高分子化合物用作氟系樹脂亦較佳。作為含有氟原子之不飽和單體,可以舉出具有聚氟烷基或聚氟醚基之自由基聚合性單體,作為全氟烷基,全氟甲基、全氟乙基、全氟丙基、全氟丁基、全氟己基、全氟辛基、全氟癸基、全氟十二烷基、全氟十四烷基為較佳。
作為該種含有氟原子之不飽和單體,CH2 =C(CH3 )COOCH2 (CF24 CF3 、CH2 =C(CH3 )COOCH2 CH2 (CF26 CF3 、CH2 =CHCOO(CF26 CF3 、CH2 =CHCOOCH2 CH2 (CF27 CF3 、CH2 =CHCOOCH2 CH2 (CF25 CF(CF32 、CH2 =C(CH3 )COOCH(OCOCH3 )CH2 (CF26 CF(CF32 、CH2 =CHCOOCH2 CH(OH)CH2 (CF26 CF(CF32 、CH2 =CHCOOCH2 CH2 (CF28 CF3 、CH2 =C(CH3 )COOCH2 CH2 NHCO(CF28 CF3 、CH2 =CHOCONHCO(CF27 CF(CF2 Cl)CF3 、CH2 =CHCOOCH2 CH2 N(C3 H7 )SO2 (CF27 CF3 、CH2 =CHCOOCH2 CH2 CH2 CH2 (CF27 CF3 、CH2 =C(CH3 )COOCH2 CH2 N(C2 H5 )SO2 (CF27 CF3 、CH2 =CHCOOCH2 CH2 NHCO(CF27 CF3 、CH2 =CHCOO(CH23 (CF26 CF(CF32 、CH2 =CHCOOCH2 (CF210 H、CH2 =C(CH3 )COOCH2 (CF210 CF2 Cl、CH2 =CHCONHCH2 CH2 OCOCF(CF3 )OC3 F7 、CH2 =CHCONHCH2 CH2 OCOCF(CF3 )(OC3 F62 OC3 F7 為較佳。 含有氟原子之不飽和單體亦可以單獨使用1種或者併用2種以上。作為含有氟原子之不飽和單體,亦可以使用市售品。例如,有Kyoeisha chemical Co.,Ltd.製、商品名LIGHT ESTER FM-108、LIGHT ESTER M-3F、LIGHT ESTER M-4F;NIPPON MEKTRON, LTD.製、商品名CHEMINOX FAAC、CHEMINOX FAMAC、CHEMINOX FAAC-M、CHEMINOX FAMAC-M、CHEMINOX PFAE、CHEMINOX PFOE等。
並且,能夠將具有源自(a)通式(F1)所表示之單體之重複單元或源自含有氟原子之不飽和單體之重複單元、以及具有促進鹼溶解之基團之重複單元之高分子化合物用作氟系樹脂。促進鹼溶解之基團的較佳範圍與前述鹼可溶性樹脂所具有之促進鹼溶解之基團的較佳範圍相同。
作為氟系樹脂的例子,還可以參閱日本特開平2-804號公報的第6頁右下欄至第9頁右上欄中所記載之氟系界面活性劑,其內容被併入本說明書中。
以下記載氟系樹脂的較佳具體例。
[化學式6]
[化學式7]
-聚矽氧烷系樹脂- 作為聚矽氧烷系樹脂並沒有特別限制。例如,作為聚矽氧烷系樹脂,可以使用將下述通式(1)所表示之化合物單獨水解縮合而得到之聚矽氧烷系樹脂、或下述通式(1)所表示之化合物和其他矽烷化合物藉由共水解縮合而得到之聚矽氧烷系樹脂。作為聚矽氧烷系樹脂,可以參閱日本特開2014-66988號公報的<0014>~<0035>的記載,其內容被併入本說明書中。 聚矽氧烷系樹脂中,從提高耐溶劑性之觀點考慮,將除了含有下述通式(1)所表示之化合物以外還含有下述通式(2)所表示之化合物之烷氧基矽烷化合物藉由共水解縮合而得到之聚矽氧烷系樹脂為較佳。 聚矽氧烷系樹脂中,從提高聚矽氧烷系樹脂的酸值並改善圖案形狀之觀點考慮,使用將除了含有下述通式(1)所表示之化合物以外還含有下述通式(3)所表示之化合物之烷氧基矽烷化合物藉由共水解縮合而得到之聚矽氧烷系樹脂為較佳。並且,將含有下述通式(3)所表示之化合物之烷氧基矽烷化合物藉由共水解縮合而得到之聚矽氧烷系樹脂亦能夠用作鹼可溶性樹脂。
通式(1) R1 2 Si(OR22
通式(1)中之R1 分別獨立地表示烷基或苯基,R2 分別獨立地表示氫原子或烷基。 通式(1)中之R1 及R2 係碳數1~6的烷基為較佳,碳數1~4的烷基為更佳,碳數1~3的烷基為特佳,碳數1或2的烷基為更特佳,甲基為最佳。具體而言,可以舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、環己基等,其中,甲基或乙基為特佳。另外,當在同一分子內存在複數個R1 時,該等可以相同亦可以不同。在通式(1)中之R2 中亦相同。通式(1)中之R1 及R2 中之烷基可以是直鏈狀、分支狀及環狀中之任一種,直鏈狀為較佳。
[化學式8]
通式(2)中之R3 表示甲基或氫原子,R4 表示碳數1~4的伸烷基,R5 分別獨立地表示氫原子或碳數1~4的烷基,R6 分別獨立地表示碳數1~6的烷基,n表示1~3的整數。 通式(2)中之R4 係碳數1~3的伸烷基為較佳,碳數3的伸烷基為更佳。 通式(2)中之R6 及R5 的較佳範圍分別與通式(1)中之R1 及R2 的較佳範圍相同。 通式(2)中之n係2或3為較佳,3為更佳。
[化學式9]
通式(3)中之l表示0~2的整數,m表示0~3的整數,R7 表示碳數1~4的伸烷基,R8 分別獨立地表示氫原子或碳數1~4的烷基,R9 分別獨立地表示碳數1~6的烷基。 通式(3)中之l係1為更佳。 通式(3)中之m係2或3為較佳,3為更佳。 通式(3)中之R7 係碳數1~3的伸烷基為較佳,碳數3的伸烷基為更佳。 通式(3)中之R9 及R8 的較佳範圍分別與通式(1)中之R1 及R2 的較佳範圍相同。
作為通式(1)所表示之化合物,例如可以舉出二甲氧基二甲基矽烷、二乙氧基二甲基矽烷、二甲氧基二苯基矽烷、二乙氧基二苯基矽烷、二羥基二苯基矽烷、二甲氧基(甲基)(苯基)矽烷、二乙氧基(甲基)(苯基)矽烷、二甲氧基(甲基)(苯乙基)矽烷、二環戊基二甲氧基矽烷或環己基二甲氧基(甲基)矽烷、甲基三甲氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷。 通式(1)所表示之化合物係二甲氧基二甲基矽烷、二甲氧基二苯基矽烷、苯基三甲氧基矽烷為較佳,二甲氧基二甲基矽烷為更佳。
通式(1)所表示之化合物在供於共水解縮合之烷氧基矽烷化合物中所佔之比例係25~75莫耳%為較佳,35~75莫耳%為更佳,50~70莫耳%為特佳。並且,二甲氧基二苯基矽烷、二乙氧基二苯基矽烷及二羥基二苯基矽烷在供於共水解縮合之烷氧基矽烷化合物中所佔之比例係0~50莫耳%為較佳,0~45莫耳%為更佳,0~30莫耳%為特佳,0~10莫耳%為更特佳。
作為通式(2)所表示之化合物,例如可以舉出3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷或3-丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷。 通式(2)所表示之化合物係3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷為較佳。 通式(2)所表示之化合物在供於共水解縮合之烷氧基矽烷化合物中所佔之比例係10~45莫耳%為較佳,10~30莫耳%為更佳,15~20莫耳%為特佳。藉由使用通式(2)所表示之化合物作為供於共水解縮合之烷氧基矽烷化合物,能夠提高耐溶劑性。
作為通式(3)所表示之化合物,例如可以舉出3-三甲氧基矽基丙基琥珀酸酐、3-三乙氧基矽基丙基琥珀酸酐、3-三甲氧基矽基乙基琥珀酸酐或3-三甲氧基矽基丁基琥珀酸酐、3-二乙氧基甲基矽基丙基琥珀酸酐、3-二甲氧基甲基矽基乙基琥珀酸酐或3-二甲氧基甲基矽基丁基琥珀酸酐。 通式(3)所表示之化合物係3-三甲氧基矽基丙基琥珀酸酐為較佳。 從提高聚矽氧烷系樹脂的酸值並改善圖案形狀之觀點考慮,通式(3)所表示之化合物在供於共水解縮合之烷氧基矽烷化合物中所佔之比例係1~30莫耳%為較佳,1~25莫耳%為更佳,從進一步抑制經過一個月後的濃度不均勻之觀點考慮,1~20莫耳%為特佳。
供於共水解縮合之烷氧基矽烷化合物還含有通式(5)所表示之化合物為較佳。
通式(5) R12 Si(OR133
通式(5)中之R12 表示具有環氧基之1價的有機基,R13 分別獨立地表示烷基。 通式(5)中之R12 所表示之具有環氧基之1價的有機基具有1~5個環氧基為較佳,具有1或2個為更佳,具有1個為特佳。通式(5)中之R12 所表示之具有環氧基之1價的有機基係經由連接基而在末端鍵結有環氧基之基團為較佳,經由伸烷基(較佳為碳數1~10,更佳為碳數1~6,特佳為碳數1~3)及氧原子中的至少一方而在末端鍵結有環氧基之基團為更佳。 通式(5)中之R13 的較佳範圍與通式(1)中之R2 的較佳範圍相同。
作為通式(5)所表示之化合物,例如可以舉出3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、3-(3,4-環氧基環己基)丙基三甲氧基矽烷、3-(3,4-環氧基環己基)丙基三乙氧基矽烷。 通式(5)所表示之化合物係3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(3,4-環氧基環己基)丙基三甲氧基矽烷為較佳。 通式(5)所表示之化合物在供於共水解縮合之烷氧基矽烷化合物中所佔之比例係10莫耳%以下為較佳,8莫耳%以下為更佳,5莫耳%以下為特佳。
供於共水解縮合之烷氧基矽烷化合物可以含有除通式(1)~(3)及(5)所表示之化合物以外的其他烷氧基矽烷化合物。作為除通式(1)~(3)及(5)所表示之化合物以外的其他烷氧基矽烷化合物,例如可以舉出苯乙基三甲氧基矽烷、萘基三甲氧基矽烷、苯乙基三乙氧基矽烷、萘基三乙氧基矽烷、四甲氧基矽烷或四乙氧基矽烷。 從抑制經過一個月後的濃度不均勻並改善耐溶劑性之觀點考慮,其他烷氧基矽烷化合物在供於共水解縮合之烷氧基矽烷化合物中所佔之比例係3莫耳%以下為較佳,2莫耳%以下為更佳,1莫耳%以下為特佳。
本發明中,從容易將對波長589nm的光之折射率控制為1.5以下之觀點考慮,聚矽氧烷系樹脂的側鏈中20莫耳%以上(較佳為40莫耳%以上,更佳為50莫耳%以上,特佳為60莫耳%以上)係碳數1~4的烷基及碳數1~4的烷氧基中的至少一方為較佳。聚矽氧烷系樹脂的側鏈中20莫耳%以上(較佳為40莫耳%以上,更佳為50莫耳%以上,特佳為60莫耳%以上)係碳數1~3的烷基及碳數1~3的烷氧基中的至少一方為更佳,係碳數1或2的烷基及碳數1或2的烷氧基中的至少一方為特佳,係碳數1或2的烷基為更特佳。 從降低聚矽氧烷系樹脂的折射率之觀點考慮,在聚矽氧烷系樹脂的側鏈中含有苯基之側鏈係20莫耳%以下為較佳,10莫耳%以下為更佳,5莫耳%以下為特佳。
聚矽氧烷系樹脂藉由使烷氧基矽烷化合物進行共水解縮合亦即水解及部分縮合而得到。共水解縮合中能夠使用一般的方法。例如,可以使用向混合物中添加有機溶劑、水及根據需要添加催化劑,並在50~150℃下加熱攪拌0.5~100小時左右之方法。另外,加熱撹拌中,根據需要可以藉由蒸餾來餾去水解副產物(甲醇等醇)和縮合副產物(水)。
作為聚矽氧烷系樹脂的較佳例,可以舉出藉由使作為下述表中所記載之烷氧基矽烷化合物之單體進行共水解縮合而得到之聚矽氧烷系樹脂。
下述表中,DMDS為二甲基二甲氧基矽烷的簡稱。MPTMS為3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷的簡稱。MPTES為3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷的簡稱。TMSPSAn為3-三甲氧基矽基丙基琥珀酸酐的簡稱。TESPSAn為3-三乙氧基矽基丙基琥珀酸酐的簡稱。GOPTS為3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷的簡稱。GOPTES為3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷的簡稱。TEOS為四乙氧基矽烷的簡稱。PTMS為苯基三甲氧基矽烷的簡稱。 [表1] [表2]
(分散劑) 本發明的組成物可以含有分散劑作為樹脂。分散劑含有選自酸性樹脂、鹼性樹脂及兩性樹脂中之1種以上為較佳,選自酸性樹脂及兩性樹脂中之至少1種為更佳。依該態樣,粒子的分散性良好。
本發明中,酸性樹脂係指具有酸基之樹脂,係指酸值為5mgKOH/g以上、胺值小於5mgKOH/g的樹脂。酸性樹脂不具有鹼性基為較佳。作為酸性樹脂所具有之酸基,例如可以舉出羧基、磷酸基、磺酸基、酚性羥基等,磷酸基、羧基為較佳。酸性樹脂的酸值係5~200mgKOH/g為較佳。酸值的下限係10mgKOH/g以上為更佳,20mgKOH/g以上為進一步較佳。酸值的上限係100mgKOH/g以下為更佳,60mgKOH/g以下為進一步較佳。並且,酸性樹脂的胺值係2mgKOH/g以下為較佳,1mgKOH/g以下為更佳。
本發明中,鹼性樹脂係指具有鹼性基之樹脂,係指胺值為5mgKOH/g以上、酸值小於5mgKOH/g的樹脂。鹼性樹脂不具有酸基為較佳。作為鹼性樹脂所具有之鹼性基,胺基為較佳。鹼性樹脂的胺值係5~200mgKOH/g為較佳,5~150mgKOH/g為更佳,5~100mgKOH/g為進一步較佳。
本發明中,兩性樹脂係指具有酸基和鹼性基之樹脂,係指酸值為5mgKOH/g以上、胺值為5mgKOH/g以上的樹脂。作為酸基,可以舉出前述者,羧基為較佳。作為鹼性基,胺基為較佳。 兩性樹脂的酸值係5~200mgKOH/g為較佳。下限係10mgKOH/g以上為更佳,20mgKOH/g以上為進一步較佳。上限係150mgKOH/g以下為更佳,100mgKOH/g以下為進一步較佳。胺值係5~200mgKOH/g為較佳。胺值的下限係10mgKOH/g以上為更佳,20mgKOH/g以上為進一步較佳。胺值的上限係150mgKOH/g以下為更佳,100mgKOH/g以下為進一步較佳。兩性樹脂的酸值與胺值的比率係酸值:胺值=1:4~4:1為較佳,1:3~3:1為更佳。
作為分散劑,高分子分散劑〔例如,具有胺基(amine group)之樹脂(聚醯胺胺(polyamide amine)及其鹽等)、寡亞胺系樹脂、聚羧酸及其鹽、高分子量不飽和酸酯、改質聚胺基甲酸酯、改質聚酯、改質聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸系共聚物、萘磺酸福馬林缩聚物等〕。高分子分散劑根据其結構可以進一步分類為直鏈狀高分子、末端改質型高分子、接枝型高分子、嵌段型高分子。
分散劑具備具有對顏料之吸附能之部位為較佳(以下,統稱為“吸附部位”)。作為吸附部位,可以舉出具有至少1種選自包括酸基、脲基、胺基甲酸酯基、具有配位性氧原子之基團、具有鹼性氮原子之基團、雜環基、烷氧基羰基、烷基胺基羰基、羧基、磺醯胺基、烷氧基矽基、環氧基、异氰酸酯基及羥基之組群中之基團之1價的取代基等。吸附部位係酸系吸附部位為較佳。作為酸系吸附部位,可以舉出酸基等。其中,酸系吸附部位係含有磷原子之基團或羧基中的至少一方為較佳。作為含有磷原子之基團,可以舉出磷酸酯基、聚磷酸酯基、磷酸基等。關於吸附部位的詳細內容,可以參閱日本特開2015-34961號公報的0073~0080段,其內容被併入本說明書中。
本發明中,樹脂(分散劑)係下述式(111)所表示之樹脂為較佳。
[化學式10]
上述式(111)中,R1 表示(m+n)價的連接基,R2 表示單鍵或2價的連接基。A1 表示具有至少1種選自包括酸基、脲基、胺基甲酸酯基、具有配位性氧原子之基團、具有鹼性氮原子之基團、雜環基、烷氧基羰基、烷基胺基羰基、羧基、磺醯胺基、烷氧基矽基、環氧基、异氰酸酯基及羥基之組群中之基團之1價的取代基。n個A1 及R2 可以分別相同,亦可以不同。m表示8以下的正數,n表示1~9,m+n滿足3~10。P1 表示1價的聚合物鏈。m個P1 可以相同,亦可以不同。
式(111)所表示之樹脂所具有之取代基A1 能夠與顏料(例如,氧化鈦等無機粒子)相互作用,因此式(111)所表示之樹脂藉由具有n個(1~9個)取代基A1 而與顏料(例如,氧化鈦等無機粒子)牢固地相互作用,從而提高顏料在組成物中之分散性。並且,式(111)所表示之樹脂所具有之m個聚合物鏈P1 能夠作為立體排斥基發揮功能,藉由具有m個聚合物鏈P1 ,能夠發揮良好的立體排斥力而均勻地分散顏料(例如,氧化鈦等無機粒子)。
(m+n)價的連接基包括由1至100個碳原子、0個至10個氮原子、0個至50個氧原子、1個至200個氫原子及0個至20個硫原子構成之基團。作為R1 的具體例,可以舉出下述結構單元或2個以上的以下結構單元組合而構成之基團(亦可以形成環結構)。關於(m+n)價的連接基的詳細內容,可以參閱日本特開2007-277514號公報的0076~0084段,其內容被併入本說明書中。
[化學式11]
式(111)中,P1 表示1價的聚合物鏈。1價的聚合物鏈係具有源自乙烯基化合物之重複單元之1價的聚合物鏈為較佳。關於聚合物鏈的詳細內容,可以參閱日本特開2007-277514號公報的0087~0098段,其內容被併入本說明書中。
式(111)中,R2 表示單鍵或2價的連接基。作為2價的連接基,包括由1至100個碳原子、0個至10個氮原子、0個至50個氧原子、1個至200個氫原子及0個至20個硫原子構成之基團,可以未經取代,亦可以進一步具有取代基。作為2價的連接基的具體例,可以舉出下述結構單元或2個以上的以下結構單元組合而構成之基團。關於2價的連接基的詳細內容,可以參閱日本特開2007-277514號公報的0071~0075段,其內容被併入本說明書中。
[化學式12]
式(111)中,關於A1 所表示之1價的取代基的詳細內容,可以參閱日本特開2007-277514號公報的0041~0070段,其內容被併入本說明書中。
作為上述式(111)所表示之高分子化合物,可以參閱日本特開2007-277514號公報的0039段(對應之美國專利申請公開第2010/0233595號說明書的<0053>)的記載及日本特開2015-34961號公報的0081~0117段的記載,該等內容被併入本說明書中。
本發明中,樹脂(分散劑)亦可以使用含有下述式(11)~式(14)中的任一個所表示之重複單元之接枝共聚物。
[化學式13]
式(11)~式(14)中,W1 、W2 、W3 及W4 分別獨立地表示氧原子或NH,X1 、X2 、X3 、X4 及X5 分別獨立地表示氫原子或1價的基團,Y1 、Y2 、Y3 及Y4 分別獨立地表示2價的連接基,Z1 、Z2 、Z3 及Z4 分別獨立地表示1價的基團,R3 表示伸烷基,R4 表示氫原子或1價的基團,n、m、p及q分別獨立地表示1~500的整數,j及k分別獨立地表示2~8的整數。式(13)中,當p為2~500時,存在複數個之R3 可以相互相同亦可以不同,式(14)中,當q為2~500時,存在複數個之X5 及R4 可以相互相同亦可以不同。
W1 、W2 、W3 及W4 係氧原子為較佳。X1 、X2 、X3 、X4 及X5 係氫原子或碳數1~12的烷基為較佳,分別獨立地係氫原子或甲基為更佳,甲基為特佳。Y1 、Y2 、Y3 及Y4 分別獨立地表示2價的連接基,連接基在結構上並沒有特別限制。Z1 、Z2 、Z3 及Z4 所表示之1價的基團並沒有特別限定,具體而言,可以舉出烷基、羥基、烷氧基、芳氧基、雜芳氧基、烷基硫醚基、芳基硫醚基、雜芳基硫醚基及胺基等。在該等之中,作為Z1 、Z2 、Z3 及Z4 所表示之有機基,尤其從提高分散性之觀點考慮,具有立體排斥效果者為較佳,各自獨立地係碳數5~24的烷基或烷氧基為較佳,其中,各自獨立地係碳數5~24的分支狀烷基、碳數5~24的環狀烷基或碳數5~24的烷氧基為特佳。另外,烷氧基中所含之烷基可以是直鏈狀、支鏈狀、環狀中的任一種。
從分散穩定性、顯影性的觀點考慮,式(11)及式(12)中之j及k係4~6的整數為較佳,5為最佳。
式(13)中,R3 係碳數1~10的伸烷基為較佳,碳數2或3的伸烷基為更佳。
式(14)中,作為R4 所表示之1價的基團,在結構上並沒有特別限定。作為R4 ,可以較佳地舉出氫原子、烷基、芳基及雜芳基,進一步較佳為氫原子或烷基。當R4 為烷基時,係碳數1~20的直鏈狀烷基、碳數3~20的分支狀烷基或碳數5~20的環狀烷基為較佳,碳數1~20的直鏈狀烷基為更佳,碳數1~6的直鏈狀烷基為特佳。式(14)中,當q為2~500時,接枝共聚物中存在複數個之X5 及R4 可以相互相同亦可以不同。
關於上述接枝共聚物,可以參閱日本特開2012-255128號公報的0025~0094段的記載,上述內容被併入本說明書中。作為上述接枝共聚物的具體例,例如可以舉出以下樹脂。並且,可以舉出日本特開2012-255128號公報的0072~0094段中所記載之樹脂,其內容被併入本說明書中。 [化學式14]
本發明中,樹脂(分散劑)係在主鏈及側鏈中的至少一方含有鹼性氮原子之寡亞胺系分散劑亦較佳。作為寡亞胺系分散劑,如下樹脂為較佳:具有包含具有pKa(power of Ka;Ka為酸解離常數)為14以下的官能基之部分結構X之重複單元、以及含有原子數40~10,000的寡聚物鏈或聚合物鏈Y之側鏈,且在主鏈及側鏈中的至少一方具有鹼性氮原子。該樹脂在氮原子和部分結構X中所包含之pKa為14以下的官能基這雙方中與顏料(例如,氧化鈦等無機粒子)相互作用,並且由於樹脂具有原子數40~10,000的寡聚物鏈或聚合物鏈Y,因此例如寡聚物鏈或聚合物鏈Y作為立體排斥基發揮功能,藉此能夠發揮良好的分散性而均勻地分散氧化鈦等無機粒子。並且,藉由寡聚物鏈或聚合物鏈Y和溶劑相互作用,能夠長期抑制氧化鈦等無機粒子的沉降。進而,藉由寡聚物鏈或聚合物鏈Y作為立體排斥基發揮功能,能夠防止顏料(例如,氧化鈦等無機粒子)的凝聚。因此,即使提高顏料(較佳為氧化鈦等無機粒子)的含量,亦能夠得到優異之分散性。
在此,鹼性氮原子只要是呈鹼性之氮原子,則並沒有特別限制,但樹脂包含具有pKb(power of Kb;Kb為鹼解離常數)為14以下的氮原子之結構為較佳,包含具有pKb為10以下的氮原子之結構為更佳。本發明中,pKb(鹼強度)係指在水溫25℃下之pKb,係用於定量表示鹼的強度之指標之一。鹼強度pKb的含義與鹼性度常數的含義相同。鹼強度pKb與酸強度pKa具有pKb=14-pKa的關係。
部分結構X中所包含之pKa為14以下的官能基並沒有特別限定,只要係物性滿足該條件者,則其結構等並沒有特別限定。pKa為12以下的官能基為特佳,pKa為11以下的官能基為最佳。具體而言,例如可以舉出羧基(pKa 3~5左右)、磺基(pKa -3~-2左右)、-COCH2 CO-基(pKa 8~10左右)、-COCH2 CN基(pKa 8~11左右)、-CONHCO-基、酚性羥基、-RF CH2 OH基或-(RF2 CHOH基(RF 表示全氟烷基。pKa 9~11左右)、磺醯胺基(pKa 9~11左右)等。具有pKa為14以下的官能基之部分結構X與具有氮原子之重複單元中之鹼性氮原子直接鍵結為較佳,但具有鹼性氮原子之重複單元的鹼性氮原子和部分結構X不僅可以以共價鍵的態樣連接,還可以以離子鍵結而形成鹽之態樣連接。
寡亞胺系分散劑係具有含有鹼性氮原子之重複單元且在側鏈上具有原子數40~10,000的寡聚物鏈或聚合物鏈Y之樹脂為較佳,該鹼性氮原子與具有pKa為14以下的官能基之部分結構X鍵結。 並且,寡亞胺系分散劑係(i)作為選自聚(低級伸烷基亞胺)系重複單元、聚烯丙胺系重複單元、聚二烯丙胺系重複單元、間二甲苯二胺-表氯醇縮聚物系重複單元及聚乙烯胺系重複單元中之至少1種之、具有鹼性氮原子之重複單元,係包含與鹼性氮原子鍵結且具有pKa為14以下的官能基之部分結構X之重複單元為較佳。寡亞胺系分散劑係(ii)在側鏈上具有原子數40~10,000的寡聚物鏈或聚合物鏈Y之樹脂亦較佳。另外,本發明中,聚(低級伸烷基亞胺)中之低級表示碳數為1~5,低級伸烷基亞胺表示碳數1~5的伸烷基亞胺。
作為原子數40~10,000的寡聚物鏈或聚合物鏈Y,可以舉出能夠與樹脂的主鏈部連接之聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚(甲基)丙烯酸酯等公知的聚合物鏈。寡聚物鏈或聚合物鏈Y與樹脂之鍵結部位係寡聚物鏈或聚合物鏈Y的末端為較佳。
寡聚物鏈或聚合物鏈Y與作為選自聚(低級伸烷基亞胺)系重複單元、聚烯丙胺系重複單元、聚二烯丙胺系重複單元、間二甲苯二胺-表氯醇缩聚物系重複單元及聚乙烯胺系重複單元中之至少1種之具有氮原子之重複單元的氮原子鍵結為較佳。作為選自聚(低級伸烷基亞胺)系重複單元、聚烯丙胺系重複單元、聚二烯丙胺系重複單元、間二甲苯二胺-表氯醇缩聚物系重複單元及聚乙烯胺系重複單元中之至少1種之含有氮原子之重複單元等的主鏈部與Y的鍵結方式為共價鍵、離子鍵或共價鍵及離子鍵的混合。主鏈部與Y的鍵結方式的比率為共價鍵:離子鍵=100:0~0:100,95:5~5:95為較佳。Y與含有氮原子之重複單元的氮原子進行醯胺鍵結、或作為羧酸鹽進行離子鍵結為較佳。
作為寡聚物鏈或聚合物鏈Y的原子數,從分散性、分散穩定性及顯影性的觀點考慮,50~5,000為較佳,60~3,000為更佳。並且,Y的數量平均分子量能夠藉由基於GPC法之聚苯乙烯換算值進行測定。Y的數量平均分子量係1,000~50,000為較佳,1,000~30,000為更佳。
寡亞胺系分散劑例如可以舉出含有式(I-1)所表示之重複單元和式(I-2)所表示之重複單元及式(I-2a)所表示之重複單元中的至少一方之樹脂等。
[化學式15]R1 、R2 、R8 及R9 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子或烷基(碳數1~6為較佳)。 a各自獨立地表示1~5的整數。*表示重複單元間的連接部。 L為單鍵、伸烷基(碳數1~6為較佳)、伸烯基(碳數2~6為較佳)、伸芳基(碳數6~24為較佳)、雜伸芳基(碳數1~6為較佳)、亞胺基(碳數0~6為較佳)、醚基、硫醚基、羰基、或該等的組合所涉及之連接基。其中,單鍵或-CR5 R6 -NR7 -(亞胺基成為X或Y側)為較佳。在此,R5 及R6 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、烷基(碳數1~6為較佳)。R7 為氫原子或碳數1~6的烷基。 La 係與CR8 CR9 和N一同形成環之結構部位,係與CR8 CR9 的碳原子一起形成碳數3~7的非芳香族雜環之結構部位為較佳。進一步較佳為與CR8 CR9 的碳原子及N(氮原子)一同形成5員~7員的非芳香族雜環之結構部位,更佳為形成5員的非芳香族雜環之結構部位,形成吡咯啶之結構部位為特佳。該結構部位可以進一步具有烷基等取代基。X表示具有pKa為14以下的官能基之基團。Y表示原子數40~10,000的寡聚物鏈或聚合物鏈。
上述分散劑(寡亞胺系分散劑)還可以具有選自式(I-3)、式(I-4)及式(I-5)所表示之重複單元中之1種以上作為共聚成分。藉由上述分散劑含有該種重複單元,能夠進一步提高粒子的分散性。 [化學式16]
R1 、R2 、R8 、R9 、L、La、a及*的含義與式(I-1)、(I-2)、(I-2a)中之定義相同。Ya表示具有陰離子基之原子數40~10,000的寡聚物鏈或聚合物鏈。
關於寡亞胺系分散劑,可以參閱日本特開2015-34961號公報的0118~0190段的記載,上述內容被併入本說明書中。作為寡亞胺系分散劑的具體例,例如能夠使用下述樹脂、或日本特開2015-34961號公報的0169~0190段中所記載之樹脂。 [化學式17]
分散劑亦可以作為市售品而獲得,作為該等的具體例,可以舉出BYK Chemie公司製“Disperbyk-101(聚醯胺胺磷酸鹽)、107(羧酸酯)、110、180(含有酸基之共聚物)、130(聚醯胺)、161、162、163、164、165、166、170(高分子共聚物)”、BYK Chemie公司製“BYK-P104、P105(高分子量不飽和聚羧酸)”、EFKA公司製“EFKA4047、4050、4010、4165(聚胺基甲酸酯系)、EFKA4330、4340(嵌段共聚物)、4400、4402(改質聚丙烯酸酯)、5010(聚酯醯胺)、5765(高分子量聚羧酸鹽)、6220(脂肪酸聚酯)、6745(酞菁衍生物)、6750(偶氮顏料衍生物)”、Ajinomoto Fine- Techno Co.,Inc.製“Ajisuper PB821、PB822”、KYOEISHA CHEMICAL Co.,Ltd.製“FLOWLEN TG-710(胺基甲酸酯寡聚物)”、KYOEISHA CHEMICAL Co.,Ltd.製“Polyflow No.50E、No.300(丙烯酸系共聚物)”、Kusumoto Chemicals, Ltd.製“Disparlon KS-860、873SN、874、#2150(脂肪族多價羧酸)、#7004(聚醚酯)、DA-703-50、DA-705、DA-725”、Kao Corporation製“Demor RN、N(萘磺酸福馬林缩聚物)、MS、C、SN-B(芳香族磺酸福馬林缩聚物)”、Kao Corporation製“Homogenol L-18(高分子聚羧酸)”、Kao Corporation製“Emulgen 920、930、935、985(聚氧乙烯壬基苯基醚)”、“Acetamin 86(硬脂基胺乙酸酯)”、Japan Lubrizol Corporation製“Solsperse 5000(酞菁衍生物)、22000(偶氮顏料衍生物)、13240(聚酯胺)、3000、17000、27000(末端部具有功能部之高分子)、24000、26000、28000、32000、36000、38500(接枝型高分子)、41000、46000”、NIKKO CHEMICAL CO.,LTD.製“Nikkol T106(聚氧乙烯脫水山梨糖醇單油酸酯)、MYS-IEX(聚氧乙烯單硬脂酸酯)”等。 並且,在分散劑中,具有含有磷原子之基團(例如磷酸基等)作為酸系吸附部位之分散劑、包含式(11)~式(14)中任一個所表示之重複單元之接枝共聚物及寡亞胺系分散劑為較佳。從圖案形狀的觀點考慮,具有含有磷原子之基團作為酸系吸附部位之分散劑及包含式(11)~式(14)中任一個所表示之重複單元之接枝共聚物為更佳。 並且,從分散穩定性的觀點考慮,係在酸系吸附部位以外,還具有聚酯結構、較佳為對ε-己內酯、δ-戊內酯進行開環聚合而成之聚酯結構作為立體排斥基之分散劑為較佳。 作為具有含有磷原子之基團作為酸系吸附部位之分散劑的市售品,可以舉出Japan Lubrizol Corporation製“Solsperse 26000、36000(具有聚酯系結構)、41000(具有聚醚系結構)”。能夠較佳地使用該等。在具有含有磷原子之基團作為酸系吸附部位之分散劑的市售品中,Japan Lubrizol Corporation製Solsperse 36000為較佳。 分散劑能夠單獨使用1種或者將2種以上組合使用。 分散劑可以使用用作黏結劑之樹脂。並且,分散劑亦可以使用對波長589nm的光之折射率為1.5以下之樹脂。
本發明的組成物中,作為分散助劑,可以含有具有酸基和交聯性基之分散助劑。作為較佳的酸基,可以舉出磺酸基、磷酸基、膦酸基及羧酸基,磷酸基為更佳。作為交聯性基,可以舉出含有乙烯性不飽和鍵之基團、環氧基及巰基等,含有乙烯性不飽和鍵之基團為更佳。作為含有乙烯性不飽和鍵之基團,還包括在聚合性化合物的說明中舉出之可加成聚合之伸乙基。 作為分散助劑的市售品,可以舉出LIGHT ESTER P-1M、LIGHT ESTER P-2M、LIGHT ESTER HO-MS、LIGHT ESTER HO-HH(以上為KYOEISHA CHEMICAL Co.,Ltd.製)Phosmer M、Phosmer PE、Phosmer MH、Phosmer CL、Phosmer PP(以上為Uni-Chemical Corporation製)、TBAS-Q、TBAS-R(以上為MRC Unitec Co.,Ltd.製)等。
從圖案形狀及黏附性的觀點考慮,分散劑的含量相對於組成物的總固體成分係1~80質量%為較佳。上限係70質量%以下為較佳,60質量%以下為進一步較佳。下限係1.5質量%以上為較佳,2質量%以上為進一步較佳。 並且,分散劑的含量相對於顏料100質量份係1~100質量份為較佳。上限係80質量份以下為較佳,60質量份以下為進一步較佳。下限係2.5質量份以上為較佳,5質量份以上為進一步較佳。 並且,分散劑的含量相對於無機顏料100質量份係1~100質量份為較佳。上限係80質量份以下為較佳,60質量份以下為進一步較佳。下限係2.5質量份以上為較佳,5質量份以上為進一步較佳。 並且,分散劑的含量相對於氧化鈦100質量份係1~100質量份為較佳。上限係80質量份以下為較佳,60質量份以下為進一步較佳。下限係2.5質量份以上為較佳,5質量份以上為進一步較佳。
<<溶劑>> 本發明的組成物含有溶劑為較佳。溶劑能夠使用各種有機溶劑而構成。作為有機溶劑,可以舉出丙酮、甲乙酮、環己烷、乙酸乙酯、二氯乙烷、四氫呋喃、甲苯、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇二甲醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、乙醯丙酮、環己酮、二丙酮醇、乙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯、乙二醇單異丙醚、乙二醇單丁醚乙酸酯、3-甲氧基丙醇、甲氧基甲氧基乙醇、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、丙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單乙醚乙酸酯、3-甲氧基丙基乙酸酯、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯等。該等有機溶劑可以單獨使用或者混合使用。
溶劑使用金屬含量較少的溶劑為較佳。溶劑的金屬含量例如係10質量ppb(十億分點:parts per billion)以下為較佳。根據需要亦可以使用質量ppt(十億分點)水準的高純度溶劑。該種高純度溶劑例如能夠從Toyo Gosei Co.,Ltd.獲得(化學工業日報、2015年11月13日)。 作為從溶劑中除去金屬等雜質之方法,例如可以舉出蒸餾(分子蒸餾或薄膜蒸餾等)或使用了過濾器之濾過。作為過濾中所使用之過濾器的過濾器孔徑(細孔尺寸),10nm以下為較佳,5nm以下為更佳,3nm以下為進一步較佳。作為過濾器,聚四氟乙烯製、聚乙烯製或尼龍製的過濾器為較佳。 溶劑中可以含有異構體(相同原子數且不同結構的化合物)。並且,異構體可以僅含有1種,亦可以含有複數種。
溶劑的含量係組成物的固體成分濃度成為25~70質量%之量為較佳,組成物的固體成分濃度成為30~60質量%之量為更佳。
<<硬化性化合物>> 本發明的組成物含有硬化性化合物為較佳。 作為硬化性化合物,能夠使用可藉由自由基、酸或熱進行交聯(包括聚合及縮合)之化合物。本發明中所使用之硬化性化合物例如可以舉出具有含有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物、具有環氧基之化合物、具有羥甲基之化合物等,具有含有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物為較佳。作為含有乙烯性不飽和鍵之基團,可以舉出乙烯基、(甲基)丙烯酸基、(甲基)丙烯醯基等。 本發明中,硬化性化合物係自由基聚合性化合物為較佳。作為自由基聚合性化合物,可以舉出具有含有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物等。本發明的組成物可以含有後述之具有環氧基之化合物作為硬化性化合物。以下,當沒有特別指定而稱為聚合性化合物時,係指自由基聚合性化合物。
硬化性化合物的含量相對於組成物的總固體成分係1~70質量%為較佳。下限係3質量%以上為較佳,5質量%以上為更佳。上限係60質量%以下為較佳,50質量%以下為更佳。若在該等範圍,則從圖案形狀、耐熱性、L*的觀點考慮較佳。組成物中所使用之硬化性化合物可以僅為1種,亦可以為2種以上。當為2種以上時,合計量在上述範圍內為較佳。
當使用聚合性化合物作為硬化性化合物時,聚合性化合物的含量相對於組成物的總固體成分係1~70質量%為較佳。下限係3質量%以上為較佳,5質量%以上為更佳。上限係60質量%以下為較佳,50質量%以下為更佳。組成物中所使用之聚合性化合物可以僅含有1種,亦可以含有2種以上。當含有2種以上的聚合性化合物時,合計量在上述範圍內為較佳。 並且,聚合性化合物的含量相對於硬化性化合物的總質量係10~100質量%為較佳,30~100質量%為更佳。
(聚合性化合物) 作為聚合性化合物,具有至少1個含有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物為較佳,具有至少1個、較佳為2個以上含有末端乙烯性不飽和鍵之基團之化合物為更佳。並且,聚合性化合物係具有6個以上含有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物、或具有3~4個含有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物為較佳,具有3~4個含有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物為更佳。含有乙烯性不飽和鍵之基團係(甲基)丙烯醯基、(甲基)丙烯醯氧基為較佳。並且,聚合性化合物係自由基聚合性化合物為較佳。
聚合性化合物可以係單體、聚合物中的任一形態,但單體為較佳。單體類型的聚合性化合物的分子量係100~3000為較佳。上限係2000以下為較佳,1500以下為進一步較佳。下限係150以上為較佳,250以上為進一步較佳。
聚合性化合物係3~15官能的(甲基)丙烯酸酯化合物為較佳,3~6官能的(甲基)丙烯酸酯化合物為更佳,從圖案形狀的觀點考慮,3~4官能的(甲基)丙烯酸酯化合物為進一步較佳。依該態樣,能夠改善所得到之膜的耐溶劑性、及與基材之黏附性、圖案形狀。並且,聚合性化合物係6官能以上的(甲基)丙烯酸酯化合物亦較佳。
聚合性化合物係具有至少1個可加成聚合之伸乙基且在常壓下具有100℃以上的沸點之、具有含有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物亦較佳。作為其例子,可以舉出聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇單(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯等單官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯;聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、己二醇(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(丙烯醯氧基丙基)醚、三(丙烯醯氧基乙基)异氰脲酸酯及該等的混合物,季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯為較佳。
聚合性化合物亦能夠較佳地使用下述式(MO-1)~(MO-5)所表示之聚合性化合物。
[化學式18]
上述式(MO-1)~(MO-5)中,n為0~14的整數,m為1~8的整數。在同一分子內存在複數個之R、T可以分別相同,亦可以不同。式中,當T為氧伸烷基時,碳原子側的末端與R鍵結。 上述式(MO-1)~(MO-5)所表示之聚合性化合物各自中,複數個R中的至少1個表示-OC(=O)CH=CH2 或-OC(=O)C(CH3 )=CH2 所表示之基團。 作為上述式(MO-1)~(MO-5)所表示之聚合性化合物的具體例,可以舉出日本特開2007-269779號公報的0248~0251段中所記載之化合物。 並且,日本特開平10-62986號公報中所記載之在多官能醇中加成環氧乙烷或環氧丙烷之後進行(甲基)丙烯酸酯化而得到之化合物亦可以用作聚合性化合物。
聚合性化合物係季戊四醇四丙烯酸酯(作為市售品為NK Ester A-TMMT;Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd.製)、二季戊四醇三丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD D-330;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)、二季戊四醇四丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD D-320;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD D-310;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD DPHA;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)為較佳,從圖案形狀的觀點考慮,季戊四醇四丙烯酸酯為更佳。
聚合性化合物可以具有羧基、磺基、磷酸基等酸基。具有酸基之聚合性化合物係利用將多官能醇的一部分羥基進行(甲基)丙烯酸酯化並使酸酐與剩餘之羥基進行加成反應而製成羧基等的方法而得到。作為具有酸基之聚合性化合物,可以舉出脂肪族聚羥基化合物與不飽和羧酸的酯等。具有酸基之聚合性化合物係使非芳香族羧酸酐與脂肪族聚羥基化合物的未反應的羥基進行反應而導入了酸基之酯化合物為較佳。在該酯化合物中,脂肪族聚羥基化合物為季戊四醇或二季戊四醇之化合物為特佳。作為市售品,例如TOAGOSEI CO.,LTD.製的多元酸改質丙烯酸寡聚物可以舉出ARONIX系列的M-305、M-510、M-520等。具有酸基之聚合性化合物的酸值係0.1~40mgKOH/g為較佳。下限係5mgKOH/g以上為較佳。上限係30mgKOH/g以下為較佳。
並且,關於聚合性化合物,具有己內酯結構之聚合性化合物亦係較佳態樣。作為具有己內酯結構之聚合性化合物,只要在分子內具有己內酯結構,則並沒有特別限定。例如可以舉出藉由將三羥甲基乙烷、雙-三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、雙-三羥甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、甘油、二甘油、三羥甲基三聚氰胺等多元醇與(甲基)丙烯酸及ε-己內酯進行酯化而得到之ε-己內酯改質多官能(甲基)丙烯酸酯。具有己內酯結構之聚合性化合物係下述式(Z-1)所表示之化合物為較佳。
[化學式19]
式(Z-1)中,6個R全部為式(Z-2)所表示之基團、或者6個R中1~5個係式(Z-2)所表示之基團,且剩餘係式(Z-3)所表示之基團。
[化學式20]式(Z-2)中,R1 表示氫原子或甲基,m表示1或2的整數,“*”表示鍵結鍵。
[化學式21]式(Z-3)中,R1 表示氫原子或甲基,“*”表示鍵結鍵。
具有己內酯結構之聚合性化合物例如由Nippon Kayaku Co.,Ltd.作為KAYARAD DPCA系列而市售。可以舉出KAYARAD DPCA-20(上述式(Z-2)中,m=1、式(Z-2)所表示之基團的數量=2、R1 全部為氫原子之化合物)、DPCA-30(該式(Z-2)中,m=1、式(Z-2)所表示之基團的數量=3、R1 全部為氫原子之化合物)、DPCA-60(該式(Z-2)中,m=1、式(Z-2)所表示之基團的數量=6、R1 全部為氫原子之化合物)、DPCA-120(該式(Z-2)中,m=2、式(Z-2)所表示之基團的數量=6、R1 全部為氫原子之化合物)等。
聚合性化合物亦能夠使用式(Z-4)或(Z-5)所表示之化合物。
[化學式22]
式(Z-4)及(Z-5)中,E各自獨立地表示-((CH2y CH2 O)-或-((CH2y CH(CH3 )O)-,y各自獨立地表示0~10的整數,X各自獨立地表示(甲基)丙烯醯基、氫原子或羧基。 式(Z-4)中,(甲基)丙烯醯基的合計為3個或4個,m各自獨立地表示0~10的整數,各m的合計為0~40的整數。 式(Z-5)中,(甲基)丙烯醯基的合計為5個或6個,n各自獨立地表示0~10的整數,各n的合計為0~60的整數。
式(Z-4)中,m係0~6的整數為較佳,0~4的整數為更佳。 並且,各m的合計係2~40的整數為較佳,2~16的整數為更佳,4~8的整數為特佳。 式(Z-5)中,n係0~6的整數為較佳,0~4的整數為更佳。 並且,各n的合計係3~60的整數為較佳,3~24的整數為更佳,6~12的整數為特佳。 並且,式(Z-4)或式(Z-5)中的-((CH2y CH2 O)-或-((CH2y CH(CH3 )O)-係氧原子側的末端與X鍵結之形態為較佳。
式(Z-4)或式(Z-5)所表示之化合物可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。尤其係式(Z-5)中6個X全部為丙烯醯基之形態為較佳。
並且,作為式(Z-4)或式(Z-5)所表示之化合物在聚合性化合物中之總含量,係20質量%以上為較佳,50質量%以上為更佳。
式(Z-4)或式(Z-5)所表示之化合物能夠藉由公知的方法進行合成。例如,能夠藉由如下製程來合成式(Z-4)或式(Z-5)所表示之化合物:使環氧乙烷或環氧丙烷藉由開環加成反應而將開環骨架鍵結於季戊四醇或二季戊四醇之製程;及例如使(甲基)丙烯醯氯與開環骨架的末端羥基進行反應而導入(甲基)丙烯醯基之製程。
在式(Z-4)或式(Z-5)所表示之化合物中,季戊四醇衍生物或二季戊四醇衍生物為更佳。 具體而言,可以舉出下述式(a)~(f)所表示之化合物(以下,亦稱作“例示化合物(a)~(f)”。),其中,例示化合物(a)、(b)、(e)、(f)為較佳。
[化學式23]
[化學式24]
作為式(Z-4)、(Z-5)所表示之聚合性化合物的市售品,例如可以舉出Sartomer公司製的具有4個伸乙氧基之4官能丙烯酸酯之SR-494、Nippon Kayaku Co.,Ltd.製的具有6個伸戊氧基之6官能丙烯酸酯之DPCA-60、具有3個異伸丁氧基之3官能丙烯酸酯之TPA-330等。
作為聚合性化合物,如日本特公昭48-41708號公報、日本特開昭51-37193號公報、日本特公平2-32293號公報、日本特公平2-16765號公報中所記載之胺基甲酸酯丙烯酸酯類、或日本特公昭58-49860號公報、日本特公昭56-17654號公報、日本特公昭62-39417號公報、日本特公昭62-39418號公報中所記載之具有環氧乙烷系骨架之胺基甲酸酯化合物類亦較佳。並且,日本特開昭63-277653號公報、日本特開昭63-260909號公報、日本特開平1-105238號公報中所記載之在分子內具有胺基結構或硫化物(sulfide)結構之加成聚合性化合物類亦較佳。 作為聚合性化合物的市售品,可以舉出胺基甲酸酯寡聚物UAS-10、UAB-140(Sanyo Kokusaku Pulp Co.,Ltd.製)、U-4HA、U-6LPA、UA-32P、U-10HA、U-10PA、UA-122P、UA-1100H、UA-7200(Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd.製)、DPHA-40H(Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)、UA-306H、UA-306T、UA-306I、AH-600、T-600、AI-600(KYOEISHA CHEMICAL Co.,Ltd.製)、UA-9050、UA-9048(BASF公司製)等。
並且,作為聚合性化合物,在分子內具有Si原子之聚合性化合物亦係較佳的態樣。作為在分子內具有Si原子之聚合性化合物的市售品,可以舉出含有矽氧烷鍵之多官能丙烯酸酯之EBECRYL1360(DAICEL-ALLNEX LTD.製)、含有Si原子之多官能乙烯基化合物之VINYL TRIISOPROPENOXY SILANE(AZMAX Corp.製)等。
對於該等聚合性化合物,其結構、單獨使用或併用、添加量等使用方法的詳細內容可以根據組成物的最終性能設計任意地進行設定。例如,從靈敏度的觀點考慮,每1分子的不飽和基含量較多的結構為較佳,在多數情況下,2官能以上為較佳。並且,從提高硬化膜的強度之觀點考慮,3官能以上的化合物為較佳,進而,藉由將官能數及聚合性基(例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯系化合物、乙烯醚系化合物)中的至少一方不同之化合物併用來調節靈敏度和強度雙方之方法亦有效。另外, 將作為3官能以上的化合物之環氧乙烷鏈長不同之聚合性化合物併用亦較佳。依該態樣,能夠調節組成物的顯影性,可得到優異之圖案形成。並且,對於與組成物中所含之其他成分(例如,光聚合起始劑、樹脂等)之相容性及分散性中的至少一方,聚合性化合物的選擇及使用方法中的至少一方亦係重要的因素,例如藉由使用低純度化合物或併用2種以上,能夠提高相容性等。
(具有環氧基之化合物) 本發明的組成物中亦可以使用具有環氧基之化合物作為硬化性化合物。依該態樣,能夠提高所得到之膜的耐溶劑性。作為具有環氧基之化合物,可以舉出單官能或多官能縮水甘油醚化合物、或多官能脂肪族縮水甘油醚化合物等。並且,亦可以使用(甲基)丙烯酸縮水甘油酯或烯丙基縮水甘油醚等將環氧基作為縮水甘油基的一部分而具有之化合物、或具有脂環式環氧基之化合物。
作為具有環氧基之化合物,可以舉出在1個分子中具有1個以上環氧基之化合物。在1分子中具有1~100個環氧基為較佳。上限例如既可以設為10個以下,亦可以設為5個以下。下限係2個以上為較佳。
具有環氧基之化合物中,環氧基當量(=具有環氧基之化合物的分子量/環氧基的數)係500g/當量以下為較佳,100~400g/當量為更佳,100~300g/當量為進一步較佳。
具有環氧基之化合物可以係低分子化合物(例如,分子量小於1000)、高分子化合物(macromolecule)(例如,分子量為1000以上,聚合物時重量平均分子量為1000以上)中的任一種。具有環氧基之化合物的重量平均分子量係200~100000為較佳,500~50000為更佳。重量平均分子量的上限係10000以下為較佳,5000以下為更佳,3000以下為進一步較佳。 從耐溶劑性的觀點考慮,具有環氧基之化合物係脂肪族環氧樹脂為較佳。
具有環氧基之化合物亦能夠使用日本特開2013-011869號公報的0034~0036段、日本特開2014-043556號公報的0147~0156段、日本特開2014-089408號公報的0085~0092段中所記載之化合物。該等內容被併入本說明書中。關於市售品,例如作為雙酚A型環氧樹脂,為jER825、jER827、jER828、jER834、jER1001、jER1002、jER1003、jER1055、jER1007、jER1009、jER1010(以上為Mitsubishi Chemical Corporation製)、EPICLON860、EPICLON1050、EPICLON1051、EPICLON1055(以上為DIC CORPORATION製)等,作為雙酚F型環氧樹脂,為jER806、jER807、jER4004、jER4005、jER4007、jER4010(以上為Mitsubishi Chemical Corporation製)、EPICLON830、EPICLON835(以上為DIC CORPORATION製)、LCE-21、RE-602S(以上為Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)等,作為苯酚酚醛清漆型環氧樹脂,為jER152、jER154、jER157S70、jER157S65(以上為Mitsubishi Chemical Corporation製)、EPICLON N-740、EPICLON N-770、EPICLON N-775(以上為DIC CORPORATION製)等,作為甲酚酚醛清漆型環氧樹脂,為EPICLON N-660、EPICLON N-665、EPICLON N-670、EPICLON N-673、EPICLON N-680、EPICLON N-690、EPICLON N-695(以上為DIC CORPORATION製)、EOCN-1020(Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)等,作為脂肪族環氧樹脂,為ADEKA RESIN EP-4080S、ADEKA RESIN EP-4085S、ADEKA RESIN EP-4088S(以上為ADEKA CORPORATION製)、CELLOXIDE 2021P、CELLOXIDE 2081、CELLOXIDE 2083、CELLOXIDE 2085、EHPE3150、EPOLEAD PB 3600、EPOLEAD PB 4700(以上為Daicel Chemical Industries, Ltd.製)、Denacol EX-212L、EX-214L、EX-216L、EX-321L、EX-850L(以上為Nagase Chemtex Corporation等。此外,可以舉出ADEKA RESIN EP-4000S、ADEKA RESIN EP-4003S、ADEKA RESIN EP-4010S、ADEKA RESIN EP-4011S(以上為ADEKA CORPORATION製)、NC-2000、NC-3000、NC-7300、XD-1000、EPPN-501、EPPN-502(以上為ADEKA CORPORATION製)、jER1031S(Mitsubishi Chemical Corporation製)等。
具有環氧基之化合物亦可以使用日本特開2009-265518號公報的0045段等中所記載之化合物,該等內容被併入本說明書中。
<<聚合起始劑>> 本發明的組成物含有聚合起始劑為較佳。 從耐溶劑性、著色性的觀點考慮,聚合起始劑的含量相對於組成物的總固體成分係0.1~50質量%為較佳,更佳為0.5~30質量%,進一步較佳為1~20質量%。組成物可以僅含有1種聚合起始劑,亦可以含有2種以上。當含有2種以上時,其合計量在上述範圍內為較佳。 作為聚合起始劑,光聚合起始劑或熱聚合起始劑為較佳,光聚合起始劑為較佳。作為熱聚合起始劑並沒有特別限制,可以使用公知的化合物。
(光聚合起始劑) 本發明的組成物可以含有光聚合起始劑。尤其,當組成物含有聚合性化合物時,含有光聚合起始劑為較佳。作為光聚合起始劑並沒有特別限制,可以從公知的光聚合起始劑中適當地選擇。例如,對從紫外線區域至可見區域的光線具有感光性者為較佳。作為光聚合起始劑,係光自由基聚合起始劑為較佳。並且,光聚合起始劑含有至少1種在約300nm~800nm(330nm~500nm為更佳。)範圍內具有至少約50莫耳的吸光係數之化合物為較佳。
作為光聚合起始劑,例如可以舉出鹵化烴衍生物(例如,具有三嗪骨架者、具有噁二唑骨架者等)、醯基氧化膦等醯基膦化合物、六芳基雙咪唑、肟衍生物等肟化合物、有機過氧化物、硫化合物、酮化合物、芳香族鎓鹽、酮肟醚、胺基苯乙酮化合物、羥基苯乙酮等。作為具有三嗪骨架之鹵化烴化合物,例如可以舉出若林等著、Bull.Chem.Soc.Japan,42,2924(1969)中所記載之化合物、英國專利1388492號說明書中所記載之化合物、日本特開昭53-133428號公報中所記載之化合物、德國專利3337024號說明書中所記載之化合物、F.C.Schaefer等著、J.Org.Chem.;29,1527(1964)中所記載之化合物、日本特開昭62-58241號公報中所記載之化合物、日本特開平5-281728號公報中所記載之化合物、日本特開平5-34920號公報中所記載之化合物、美國專利第4212976號說明書中所記載之化合物等。
並且,從曝光靈敏度的觀點考慮,係選自包括三鹵甲基三嗪化合物、苄基二甲基縮酮化合物、α-羥基酮化合物、α-胺基酮化合物、醯基膦化合物、氧化膦化合物、茂金屬化合物、肟化合物、三烯丙基咪唑二聚體、鎓化合物、苯并噻唑化合物、二苯甲酮化合物、苯乙酮化合物及其衍生物、環戊二烯-苯-鐵錯合物及其鹽、鹵甲基噁二唑化合物、3-芳基取代之香豆素化合物之組群中之化合物為較佳。
作為光聚合起始劑,亦可以較佳地使用羥基苯乙酮化合物、胺基苯乙酮化合物及醯基膦化合物。更具體而言,例如亦可以使用日本特開平10-291969號公報中所記載之胺基苯乙酮系起始劑、日本專利第4225898號公報中所記載之醯基膦系起始劑。作為羥基苯乙酮系起始劑,可以使用IRGACURE 184、DAROCUR 1173、IRGACURE 500、IRGACURE 2959、IRGACURE 127(商品名稱:均為BASF公司製)。作為胺基苯乙酮系起始劑,可以使用市售品之IRGACURE 907、IRGACURE 369及IRGACURE 379、IRGACURE 379EG(商品名稱:均為BASF公司製)。胺基苯乙酮系起始劑亦可以使用吸收波長與365nm或405nm等長波光源匹配之日本特開2009-191179號公報中所記載之化合物。 作為醯基膦系起始劑,可以使用市售品之IRGACURE 819或IRGACURE TPO(商品名稱:均為BASF公司製)。 從著色性的觀點考慮,肟化合物、胺基苯乙酮系起始劑或醯基膦系起始劑為較佳,從著色性及黏附性的觀點考慮,具有硝基之肟化合物或醯基膦系起始劑為更佳。
光聚合起始劑亦可以較佳地使用肟化合物。作為肟化合物,肟酯化合物為更佳。作為肟化合物的具體例,可以使用日本特開2001-233842號公報中所記載之化合物、日本特開2000-80068號公報中所記載之化合物、日本特開2006-342166號公報中所記載之化合物、日本特開2016-21012號公報中所記載之化合物。
本發明中,作為可以較佳地使用之肟化合物,例如可以舉出3-苯甲醯氧基亞胺基丁烷-2-酮、3-乙醯氧基亞胺基丁烷-2-酮、3-丙醯氧基亞胺基丁烷-2-酮、2-乙醯氧基亞胺基戊烷-3-酮、2-乙醯氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮、2-苯甲醯氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮、3-(4-甲苯磺醯氧基)亞胺基丁烷-2-酮及2-乙氧基羰氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮等。並且,亦可以舉出J.C.S.Perkin II(1979年)pp.1653-1660、J.C.S.Perkin II(1979年)pp.156-162、光聚合物科學與技術雜誌(Journal of Photopolymer Science and Technology)(1995年)pp.202-232、日本特開2000-66385號公報中所記載之化合物、日本特開2000-80068號公報、日本特表2004-534797號公報、日本特開2006-342166號公報的各公報中所記載之化合物等。市售品中,亦可以較佳地使用IRGACURE OXE01、IRGACURE OXE02、IRGACURE-OXE03、IRGACURE-OXE04(以上為BASF公司製)。並且,還能夠使用TR-PBG-304(CHANGZHOU TRONLY NEW ELECTRONIC MATERIALS CO.,LTD.製)、ADEKA ARKLS NCI-930(ADEKA CORPORATION製)、ADEKA OPTOMER N-1919(ADEKA CORPORATION製,日本特開2012-14052號公報中所記載之光聚合起始劑2)。
並且,作為除上述以外的肟化合物,可以使用在咔唑N位上連接有肟之日本特表2009-519904號公報中所記載之化合物、在二苯甲酮部位導入有雜取代基之美國專利第7626957號公報中所記載之化合物、在色素部位導入有硝基之日本特開2010-15025號公報及美國專利公開2009-292039號中所記載之化合物、國際公開WO2009/131189號公報中所記載之酮肟化合物、在同一分子內含有三嗪骨架和肟骨架之美國專利7556910號公報中所記載之化合物、在405nm具有極大吸收且對g射線光源具有良好的靈敏度之日本特開2009-221114號公報中所記載之化合物、日本特開2014-137466號公報的0076~0079段中所記載之化合物等。 較佳地,例如可以參閱日本特開2013-29760號公報的0274~0275段,其內容被併入本說明書中。 具體而言,作為肟化合物,下述式(OX-1)所表示之化合物為較佳。肟化合物可以是肟的N-O鍵為(E)體的肟化合物,亦可以是肟的N-O鍵為(Z)體的肟化合物,亦可以是(E)體與(Z)體的混合物。
[化學式25]
式(OX-1)中,R及B各自獨立地表示一價的取代基,A表示二價的有機基,Ar表示芳基。 式(OX-1)中,作為R所表示之一價的取代基,一價的非金屬原子團為較佳。 作為一價的非金屬原子團,可以舉出烷基、芳基、醯基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、雜環基、烷硫基羰基、芳硫基羰基等。並且,該等基團可以具有1個以上的取代基。並且,前述取代基可以進一步經其他取代基取代。 作為取代基,可以舉出鹵素原子、芳氧基、烷氧基羰基或芳氧基羰基、醯氧基、醯基、烷基、芳基等。 式(OX-1)中,作為B所表示之一價的取代基,芳基、雜環基、芳基羰基或雜環羰基為較佳。該等基團可以具有1個以上的取代基,作為取代基,可以例示出前述取代基。 式(OX-1)中,作為A所表示之二價的有機基,碳數1~12的伸烷基、伸環烷基、伸炔基為較佳。該等基團可以具有1個以上的取代基,作為取代基,可以例示出前述取代基。
本發明中,作為光聚合起始劑,亦可以使用具有茀環之肟化合物。作為具有茀環之肟化合物的具體例,可以舉出日本特開2014-137466號公報中所記載之化合物。其內容被併入本說明書中。
本發明中,作為光聚合起始劑,亦可以使用具有氟原子之肟化合物。作為具有氟原子之肟化合物的具體例,可以舉出日本特開2010-262028號公報中所記載之化合物、日本特表2014-500852號公報中所記載之化合物24、36~40、日本特開2013-164471號公報中所記載之化合物(C-3)等。其內容被併入本說明書中。
本發明中,作為光聚合起始劑,可以使用具有硝基之肟化合物。具有硝基之肟化合物設為二聚體亦較佳。作為具有硝基之肟化合物的具體例,可以舉出日本特開2013-114249號公報的0031~0047段、日本特開2014-137466號公報的0008~0012、0070~0079段中所記載之化合物、日本專利4223071號公報的0007~0025段中所記載之化合物、ADEKA ARKLS NCI-831(ADEKA CORPORATION製)。
作為光聚合起始劑,亦能夠使用具有苯并呋喃骨架之肟化合物。作為具體例,可以舉出國際公開WO2015/036910號公報中所記載之OE-01~OE-75。
以下示出本發明中可以較佳地使用之肟化合物的具體例,但本發明並不限定於該等。
[化學式26][化學式27]
肟化合物係在350nm~500nm的波長區域具有極大吸收波長之化合物為較佳,在360nm~480nm的波長區域具有吸收波長之化合物為更佳,365nm及405nm的吸光度較高的化合物為特佳。
從靈敏度的觀點考慮,肟化合物在365nm或405nm下之莫耳吸光係數係1,000~300,000為較佳,2,000~300,000為更佳,5,000~200,000為特佳。化合物的莫耳吸光係數的測定中可以使用公知的方法,具體而言,例如藉由紫外可見分光光度計(Varian公司製,Cary-5分光光度計(spectrophotometer)),使用乙酸乙酯以0.01g/L的濃度進行測定為較佳。
本發明中,將2種以上光聚合起始劑併用亦較佳。例如,將在甲醇中之365nm的吸光係數為1.0×103 mL/gcm以上的光聚合起始劑和在甲醇中之365nm的吸光係數為1.0×102 mL/gcm以下且254nm的吸光係數為1.0×103 mL/gcm以上的光聚合起始劑併用亦較佳。作為具體例,可以舉出胺基苯乙酮化合物和肟化合物的併用。依該態樣,即使在低溫條件下,亦能够製造硬化性優異之膜。例如,在圖案形成製程中,在顯影製程前及顯影製程後這2個階段對組成物進行曝光,藉此能夠藉由最初的曝光使組成物適度硬化,並藉由接下來的曝光使組成物整體幾乎硬化。因此,即使在低溫條件下,亦能夠提高組成物的硬化性。
<<著色防止劑>> 本發明的組成物含有著色防止劑為較佳。 本說明書中所記載之著色防止劑亦可以用作抗氧化劑,抗氧化劑亦可以用作著色防止劑。 作為著色防止劑,可以舉出酚化合物、亞磷酸酯化合物、硫醚化合物等,分子量500以上的酚化合物、分子量500以上的亞磷酸酯化合物或分子量500以上的硫醚化合物為更佳。並且,著色防止劑係酚化合物為較佳,分子量500以上的酚化合物為更佳。
作為酚化合物,可以使用作為酚系著色防止劑而已知之任意的酚化合物。作為較佳的酚化合物,可以舉出受阻酚化合物。在與酚性羥基相鄰之部位(邻位)具有取代基之化合物為特佳。作為前述取代基,碳數1~22的經取代或未經取代之烷基為較佳,甲基、乙基、丙醯基、異丙醯基、丁基、異丁基、第三丁基、戊基、異戊基、第三戊基、己基、辛基、異辛基、2-乙基己基為更佳。並且,在同一分子內具有酚基和亞磷酸酯基之化合物亦較佳。
作為含有酚系羥基之化合物類,尤其可以較佳地使用多取代之酚系化合物。 多取代之酚系化合物中,從由穩定地生成苯氧基自由基所引起之對所捕獲之過氧化自由基的反應性考慮,有取代位置及結構不同之3種:下述式(A)受阻型(hindered type)、式(B)半受阻型(semi-hindered type)及式(C)少受阻型(less-hindered type)。 [化學式28]顯現著色防止功能之結構部分亦即上述式(A)~(C)中,R為取代基,可以舉出氫原子、鹵素原子、可以具有取代基之胺基、可以具有取代基之烷基、可以具有取代基之芳基、可以具有取代基之烷氧基、可以具有取代基之芳氧基、可以具有取代基之烷基胺基、可以具有取代基之芳基胺基、可以具有取代基之烷基磺醯基、可以具有取代基之芳基磺醯基等。其中,可以具有取代基之胺基、可以具有取代基之烷基、可以具有取代基之芳基、可以具有取代基之烷氧基、可以具有取代基之芳氧基、可以具有取代基之烷基胺基、可以具有取代基之芳基胺基為較佳。
進一步較佳的形態係上述式(A)~(C)所表示之顯現著色防止功能之結構在同一分子內存在複數個之複合系著色防止劑,具體而言,係上述式(A)~(C)所表示之顯現著色防止功能之結構在同一分子內存在2~4個之化合物為較佳。在該等之中,從著色性的觀點考慮,式(B)半受阻型為更佳。 作為含有酚系羥基之化合物,例如可以舉出選自包括對甲氧基苯酚、二-第三丁基-對甲酚、五倍子酚、第三丁基鄰苯二酚、4,4-硫代雙(3-甲基-6-第三丁基苯酚)、2,2’-亞甲基雙(4-甲基-6-第三丁基苯酚)、酚醛樹脂類及甲酚樹脂類之組群中之化合物等。 可作為市售品而獲得之代表例,作為(A)有Sumilizer BHT(Sumitomo Chemical Co.,Ltd.製)、Irganox 1010、1222(BASF公司製)、Adekastab AO-20、AO-50、AO-60(ADEKA製)等。作為(B)有Sumilizer BBM-S(Sumitomo Chemical Co.,Ltd.製)、Irganox 245(BASF公司製)、Adekastab AO-80(ADEKA製)等。作為(C)有Adekastab AO-30、AO-40(ADEKA製)等。
作為亞磷酸酯化合物,可以舉出選自包括三[2-[[2,4,8,10-四(1,1-二甲基乙基)二苯并[d,f][1,3,2]二氧雜膦雜環庚二烯(dioxaphosphepin)-6-基]氧基]乙基]胺、三[2-[(4,6,9,11-四-第三丁基二苯并[d,f][1,3,2]二氧雜膦雜環庚二烯-2-基)氧基]乙基]胺及亞磷酸乙基雙(2,4-二-第三丁基-6-甲基苯基)之組群中之至少1種化合物。 能夠作為市售品而獲得之亞磷酸酯化合物的代表例可以舉出Adekastab PEP-36A(ADEKA CORPORATION製)。
作為硫醚化合物,例如係硫代二丙酸二月桂基酯、硫代二丙酸二二肉豆蔻基酯、硫代二丙酸二硬脂基酯等硫代二丙酸二烷基酯類及季戊四醇四(β-烷基硫代丙酸)酯類;季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)、3,3’-硫代二丙烯酸二月桂基酯、3,3’-硫代二丙酸二肉豆蔻基酯、3,3’-硫代二丙酸二硬脂基酯等;四[亞甲基-3-(月桂基硫代)丙酸酯]甲烷、雙(甲基-4-[3-正烷基(C12/C14)硫代丙醯氧基]5-第三丁基苯基)硫醚、3,3’-硫代二丙酸雙(十三烷基)酯、3,3’-硫代二丙酸二月桂基酯、3,3’-硫代二丙酸二肉豆蔻基酯、3,3’-硫代二丙酸二硬脂基酯、硫代二丙酸月桂基酯/硬脂基酯、4,4’-硫代雙(6-第三丁基-間甲酚)、2,2’-硫代雙(6-第三丁基-對甲酚)、二硬脂基二硫醚為較佳。 能夠作為市售品而獲得之硫醚化合物的代表例可以舉出Adekastab AO-412S(CAS:29598-76-3、ADEKA CORPORATION製)、Adekastab AO-503(CAS:10595-72-9、ADEKA CORPORATION製)、KEMINOX PLS(CAS:29598-76-3、CHEMIPRO KASEI CO.,LTD.製)。
著色防止劑能夠作為市售品容易獲得,除了能夠作為市售品而獲得之上述代表例以外,可以舉出Adekastab AO-50F、Adekastab AO-60G、Adekastab AO-330(ADEKA CORPORATION)等。
從著色性及耐溶劑性的觀點考慮,著色防止劑的含量相對於組成物的總固體成分係0.01~20質量%為較佳,0.1~15質量%為更佳,0.3~5質量%為特佳。著色防止劑可以僅為1種,亦可以為2種以上。當為2種以上時,合計量在上述範圍內為較佳。
<<紫外線吸收劑>> 本發明的組成物可以含有紫外線吸收劑。紫外線吸收劑係共軛二烯系化合物為較佳,下述式(I)所表示之化合物為更佳。 [化學式29]
式(I)中,R1 及R2 各自獨立地表示氫原子、碳原子數1~20的烷基或碳原子數6~20的芳基,R1 與R2 可以分別相同亦可以不同,但不同時表示氫原子。 R1 及R2 可以與R1 及R2 所鍵結之氮原子一同形成環狀胺基。作為環狀胺基,例如可以舉出哌啶基、嗎啉基、吡咯啶基、六氫氮呯(hexahydro azepino)基、哌嗪基等。 R1 及R2 各自獨立地係碳原子數1~20的烷基為較佳,碳原子數1~10的烷基為更佳,碳原子數1~5的烷基為進一步較佳。 R3 及R4 表示拉電子基團。在此,拉電子基團係哈米特(Hammett)取代基常數σp 值(以下,簡稱為“σp 值”。)為0.20以上且1.0以下的拉電子基團。較佳係σp 值為0.30以上且0.8以下的拉電子基團。R3 及R4 可以相互鍵結而形成環。R3 及R4 係醯基、胺甲醯基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、氰基、硝基、烷基磺醯基、芳基磺醯基、磺醯氧基、胺磺醯基為較佳,醯基、胺甲醯基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、氰基、烷基磺醯基、芳基磺醯基、磺醯氧基、胺磺醯基為更佳。 上述R1 、R2 、R3 及R4 中的至少1個可以係從經由連接基而與乙烯基鍵結之單體衍生之聚合物的形態。亦可以係與其他單體之共聚物。
式(I)所表示之紫外線吸收劑的取代基的說明可以參閱WO2009/123109號公報的0024~0033段(對應之美國專利申請公開第2011/0039195號說明書的<0040>~<0059>)的記載,該等內容被併入本說明書中。式(I)所表示之化合物的較佳的具體例可以參閱WO2009/123109號公報的0034~0037段(對應之美國專利申請公開第2011/0039195號說明書的<0060>)的例示化合物(1)~(14)的記載,該等內容被併入本說明書中。 作為式(I)所表示之紫外線吸收劑的具體例,可以舉出下述化合物(後述之實施例中使用之紫外線吸收劑J-1)。 [化學式30]
從圖案形狀及耐溶劑性的觀點考慮,紫外線吸收劑的含量相對於組成物的總固體成分,係0.1~10質量%為較佳,0.1~7質量%為更佳,0.1~5質量%為特佳,0.1~3質量%為更特佳。並且,本發明中,紫外線吸收劑可以僅為1種,亦可以為2種以上。當為2種以上時,合計量在上述範圍內為較佳。
紫外線吸收劑亦能夠使用Uvinul A(BASF公司製)。並且,紫外線吸收劑能夠使用胺基二烯化合物、水楊酸酯(salicylate)化合物、二苯甲酮化合物、苯并三唑化合物、丙烯腈化合物、三嗪化合物等紫外線吸收劑,作為具體例,可以舉出日本特開2013-68814號中所記載之化合物。作為苯并三唑化合物,可以使用MIYOSHI OIL & FAT CO.,LTD.製的MYUA系列(化學工業日報、2016年2月1日)。
<<黏附劑>> 本發明的組成物還含有黏附劑為較佳。作為黏附劑並沒有特別限制,可以使用公知的黏附劑。作為黏附劑,例如可以舉出矽烷偶合劑。依該態樣,能夠改善膜與基材之黏附性。 本發明中,矽烷偶合劑係指具有水解性基和其以外的官能基之矽烷化合物。並且,水解性基係指與矽原子直接連接且能夠藉由水解反應及縮合反應中的至少一方產生矽氧烷鍵之取代基。作為水解性基,例如可以舉出鹵素原子、烷氧基、醯氧基等,烷氧基為較佳。亦即,矽烷偶合劑係具有烷氧基矽基之化合物為較佳。並且,除水解性基以外的官能基具有在與樹脂之間相互作用或形成鍵而顯示親和性之基團為較佳。例如可以舉出(甲基)丙烯醯基、苯基、巰基、環氧基、氧雜環丁基,(甲基)丙烯醯基及環氧基為較佳。亦即,矽烷偶合劑係具有烷氧基矽基和(甲基)丙烯醯基及環氧基中的至少一方之化合物為較佳。 烷氧基矽基中之烷氧基的碳數係1~5為較佳,1~3為更佳,1或2為特佳。在同一分子內具有2個以上烷氧基矽基為較佳,具有2~3個為進一步較佳。
作為矽烷偶合劑的具體例,例如可以舉出3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、正丙基三甲氧基矽烷、正丙基三乙氧基矽烷、己基三甲氧基矽烷、己基三乙氧基矽烷、辛基三乙氧基矽烷、癸基三甲氧基矽烷、1,6-雙(三甲氧基矽基)己烷、三氟丙基三甲氧基矽烷、六甲基二矽氮烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、對苯乙烯基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、N-2-(胺基甲基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-三乙氧基矽基-N-(1,3-二甲基-亞丁基)丙胺、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(乙烯基苄基)-2-胺基乙基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷的鹽酸鹽、三-(三甲氧基矽基丙基)异氰脲酸酯、3-脲丙基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、雙(三乙氧基矽基丙基)四硫化物、3-异氰酸酯丙基三乙氧基矽烷等。並且,可以使用上述以外的烷氧基寡聚物。並且,亦可以使用下述化合物。 [化學式31]
作為市售品,可以舉出Shin-Etsu Silicone Co.,Ltd.製的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等。並且,矽烷偶合劑可以舉出日本特開2009-288703號公報的0018~0036段中所記載之化合物、日本特開2009-242604號公報的0056~0066段中所記載之化合物,該等內容被併入本說明書中。 並且,具有烷氧基矽基之化合物亦能夠使用在側鏈上具有烷氧基矽基之聚合物。 作為矽烷偶合劑,還能夠參閱並使用日本特開2009-288703號公報的<0011>~<0037>中所記載之特定矽烷化合物,其內容被併入本說明書中。
黏附劑的含量相對於組成物的總固體成分係0.01~10質量%為較佳,0.1~7質量%為更佳,1~5質量%為特佳。若在該等範圍,則從黏附性和缺陷的觀點考慮較佳。並且,本發明中,組成物所含有之黏附劑可以僅為1種,亦可以為2種以上。當為2種以上時,合計量在上述範圍內為較佳。
<<鏈轉移劑>> 本發明的組成物含有鏈轉移劑為較佳。依該態樣,能夠藉由圖案形成時的曝光來促進膜表面(圖案表面)的硬化。因此,能夠抑制曝光時的膜厚度的減少等,容易形成矩形性及黏附性更優異之圖案。
作為鏈轉移劑,可以舉出N,N-二烷基胺基苯甲酸烷基酯、或硫醇化合物等,硫醇化合物為較佳。硫醇化合物係在分子內具有2個以上(較佳為2~8個,更佳為3~6個)巰基之化合物為較佳。作為硫醇化合物的具體例,可以舉出2-巰基苯并噻唑、2-巰基苯并噁唑、2-巰基苯并咪唑、N-苯基巰基苯并咪唑、1,3,5-三(3-巰基丁氧基乙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮等具有雜環之硫醇化合物、季戊四醇四(3-巰基丁酸酯)、1,4-雙(3-巰基丁醯氧基)丁烷等脂肪族系硫醇化合物等。 並且,作為鏈轉移劑的市售品,可以舉出PEMP(SC Organic Chemical Co.,Ltd.製,硫醇化合物)、Sanceler M(SANSHIN CHEMICAL INDUSTRY CO.,LTD.製,硫醇化合物)、Karenz MT BD1(SHOWA DENKO K.K.製,硫醇化合物)等。 並且,使用下述化合物亦較佳。 [化學式32]
鏈轉移劑的含量相對於組成物的總固體成分,係0.2~5.0質量%為較佳,0.4~3.0質量%為更佳。 鏈轉移劑的含量相對於聚合性化合物的100質量份,係1~40質量份為較佳,2~20質量份為更佳。 鏈轉移劑可以僅為1種,亦可以為2種以上。當為2種以上時,合計量在上述範圍內為較佳。
<<增感劑>> 本發明的組成物可以以提高光聚合起始劑的自由基產生效率和感光波長的長波長化為目的而含有增感劑。作為增感劑,係藉由電子移動機構或能量移動機構使光聚合起始劑增感者為較佳。增感劑可以舉出在300nm~450nm的波長區域具有吸收波長者。具體而言,可以參閱日本特開2010-106268號公報的0231~0253段(對應之美國專利申請公開第2011/0124824號說明書的<0256>~<0273>)的說明,該等內容被併入本說明書中。
增感劑的含量相對於組成物的總固體成分,係0.1~20質量%為較佳,0.5~15質量%為更佳。增感劑可以僅為1種,亦可以為2種以上。當為2種以上時,合計量在上述範圍內為較佳。
<<共增感劑>> 本發明的組成物還含有共增感劑亦較佳。共增感劑具有進一步提高光聚合起始劑或增感劑對活性放射線之靈敏度或者抑制氧引起之聚合性化合物的聚合阻礙等作用。作為共增感劑,具體而言,可以參閱日本特開2010-106268號公報的0254~0257段(對應之美國專利申請公開第2011/0124824號說明書的<0277>~<0279>)的說明,該等內容被併入本說明書中。
從提高聚合成長速度和硬化速度之觀點考慮,共增感劑的含量相對於組成物的總固體成分,係0.1~30質量%為較佳,1~25質量%為更佳,1.5~20質量%為進一步較佳。共增感劑可以僅為1種,亦可以為2種以上。當為2種以上時,合計量在上述範圍內為較佳。
<<聚合抑制劑>> 為了在製造或保存組成物時阻止聚合性化合物等的不必要的聚合,本發明的組成物中添加聚合抑制劑為較佳。 作為聚合抑制劑,可以舉出以下化合物類: 含有酚系羥基之化合物類(較佳為選自包括氫醌、對甲氧基苯酚、二-第三丁基-對甲酚、五倍子酚、第三丁基鄰苯二酚、苯醌、4,4-硫代雙(3-甲基-6-第三丁基苯酚)、2,2’-亞甲基雙(4-甲基-6-第三丁基苯酚)、2,6-二-第三丁基-4-甲基苯酚(BHT)、酚醛樹脂類及甲酚樹脂類之組群中之化合物); N-氧化物類(較佳為選自包括5,5-二甲基-1-二氫吡咯N-氧化物、4-甲基嗎啉N-氧化物、吡啶N-氧化物、4-硝基吡啶N-氧化物、3-羥基吡啶N-氧化物、吡啶甲酸N-氧化物、菸鹼酸N-氧化物及異菸鹼酸N-氧化物之組群中之化合物); 哌啶1-氧基自由基(free radical)化合物類(較佳為選自包括哌啶1-氧基自由基、2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基自由基、4-氧代-2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基自由基、4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基自由基、4-乙醯胺-2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基自由基、4-順丁烯二醯亞胺-2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基自由基及4-膦醯氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基自由基之組群中之化合物); 吡咯啶1-氧基自由基化合物類(較佳為3-carboxy proxyl free radical(3-羧基-2,2,5,5-四甲基吡咯啶1-氧基自由基)); N-亞硝基苯基羥基胺類(較佳為選自包括N-亞硝基苯基羥基胺第一鈰鹽及N-亞硝基苯基羥基胺鋁鹽之化合物組群中之化合物); 重氮化合物類(較佳為選自包括4-重氮苯基二甲胺的硫酸氫鹽、4-重氮二苯胺的四氟硼酸鹽及3-甲氧基-4-重氮二苯胺的六氟磷酸鹽之組群中之化合物); 陽離子染料類; 含硫醚基化合物類; 含硝基化合物類;及 FeCl3 、CuCl2 等過渡金屬化合物類。 並且,在該等化合物類中,聚合抑制劑亦可以為在同一分子內存在複數個酚骨架或含磷骨架等顯現聚合抑制功能之結構之複合系化合物。例如,還可以較佳地使用日本特開平10-46035號公報中所記載之化合物等。
作為聚合抑制劑的具體例,可以舉出日本特開2015-34961號公報的0211~0223段中所記載之化合物,其內容被併入本說明書中。
聚合抑制劑的含量相對於光聚合起始劑100質量份,係0.01質量份~10質量份為較佳,0.01~8質量份為更佳,0.01~5質量份為最佳。藉由設為上述範圍,可充分抑制非圖像部中之硬化反應及促進圖像部中之硬化反應,圖案形狀及靈敏度變得良好。聚合抑制劑可以僅為1種,亦可以為2種以上。當為2種以上時,合計量在上述範圍內為較佳。
<<界面活性劑>> 從進一步提高塗佈適應性之觀點考慮,本發明的組成物可以含有各種界面活性劑。作為界面活性劑,可以使用氟系界面活性劑、非離子系界面活性劑、陽離子系界面活性劑、陰離子系界面活性劑、矽酮系界面活性劑等各種界面活性劑。
藉由在上述組成物中含有氟系界面活性劑,製備成塗佈液時的液體特性(尤其流動性)進一步得到提高,能夠進一步改善塗佈厚度的均勻性和省液性。亦即,當使用適用了含有氟系界面活性劑的組成物之塗佈液形成膜時,被塗佈面與塗佈液的界面張力下降而改善對被塗佈面之潤濕性,對被塗佈面之塗佈適應性得到提高。因此,能夠更適當地形成厚度不均勻較小的均勻厚度的膜。
氟系界面活性劑中的氟含有率係3~40質量%為較佳,更佳為5~30質量%,特佳為7~25質量%。氟含有率在該範圍內之氟系界面活性劑在塗佈膜的厚度均勻性及省液性的觀點上有效,且組成物中之溶解性亦良好。
作為氟系界面活性劑,具體而言,可以舉出日本特開2014-41318號公報的0060~0064段(對應之國際公開WO2014/17669號小冊子的0060~0064段)等中所記載之界面活性劑、日本特開2011-132503號公報的0117~0132段中所記載之界面活性劑,該等內容被併入本說明書中。作為氟系界面活性劑的市售品,例如可以舉出Megafac F171、Megafac F172、Megafac F173、Megafac F176、Megafac F177、Megafac F141、Megafac F142、Megafac F143、Megafac F144、Megafac R30、Megafac F437、Megafac F475、Megafac F479、Megafac F482、Megafac F554、Megafac F780(以上為DIC CORPORATION製)、Fluorad FC430、Fluorad FC431、Fluorad FC171(以上為Sumitomo 3M Limited製)、Surflon S-382、Surflon SC-101、Surflon SC-103、Surflon SC-104、Surflon SC-105、Surflon SC-1068、Surflon SC-381、Surflon SC-383、Surflon S-393、Surflon KH-40(以上為ASAHI GLASS CO.,LTD.製)、PolyFox PF636、PF656、PF6320、PF6520、PF7002(OMNOVA Solutions Inc.製)等。
並且,關於氟系界面活性劑,亦能夠較佳地使用丙烯酸系化合物,該丙烯酸系化合物係在具有含有氟原子之官能基之分子結構中加熱時,含有氟原子之官能基的部分被切斷而氟原子發生揮發。作為該種氟系界面活性劑,可以舉出DIC CORPORATION製的Megafac DS系列(化學工業日報、2016年2月22日)(日經產業新聞、2016年2月23日),例如Megafac DS-21,能夠使用該等。
氟系界面活性劑還可以使用嵌段聚合物。例如可以舉出日本特開2011-89090號公報中所記載之化合物。氟系界面活性劑還可以較佳地使用含氟高分子化合物,該含氟高分子化合物含有:源自具有氟原子之(甲基)丙烯酸酯化合物之重複單元;及源自具有2個以上(較佳為5個以上)伸烷氧基(較佳為伸乙氧基、伸丙氧基)之(甲基)丙烯酸酯化合物之重複單元。作為本發明中所使用之氟系界面活性劑,還例示出下述化合物。 [化學式33]上述化合物的重量平均分子量較佳為3,000~50,000,例如為14,000。
並且,氟系界面活性劑還能夠使用在側鏈上具有含有乙烯性不飽和鍵之基團之含氟聚合物。作為具體例,可以舉出日本特開2010-164965號公報的0050~0090段及0289~0295段中所記載之化合物,例如DIC CORPORATION製的Megafac RS-101、RS-102、RS-718K、RS-72-K等。氟系界面活性劑還能夠使用日本特開2015-117327號公報的0015~0158段中所記載之化合物。
作為非離子系界面活性劑,可以舉出甘油、三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷及該等的乙氧基化物及丙氧基化物(例如,甘油丙氧基化物、甘油乙氧基化物等)、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚乙二醇二月桂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、Pluronic L10、L31、L61、L62、10R5、17R2、25R2(BASF公司製)、Tetronic 304、701、704、901、904、150R1(BASF公司製)、Solsperse 20000(Japan Lubrizol Corporation製)、NCW-101、NCW-1001、NCW-1002(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.製)、PIONIN D-6112、D-6112-W、D-6315(Takemoto Oil & Fat Co.,Ltd.製)、OLFIN E1010、Surfynol 104、400、440(Nissin Chemical Co.,Ltd.製)等。
作為陽離子系界面活性劑,可以舉出有機矽氧烷聚合物KP341(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製)、(甲基)丙烯酸系(共)聚合物Polyflow No.75、No.90、No.95(KYOEISHA CHEMICAL Co.,Ltd.製)、W001(Yusho Co.,Ltd.製)等。
作為陰離子系界面活性劑,可以舉出W004、W005、W017(Yusho Co.,Ltd.製)、Sundet BL(Sanyo Chemical Industries, Ltd.製)等。
作為矽酮系界面活性劑,例如可以舉出Toray Silicone DC3PA、Toray Silicone SH7PA、Toray Silicone DC11PA、Toray Silicone SH21PA、Toray Silicone SH28PA、Toray Silicone SH29PA、Toray Silicone SH30PA、Toray Silicone SH8400(以上為Dow Corning Toray Co.,Ltd.製)、TSF-4440、TSF-4300、TSF-4445、TSF-4460、TSF-4452(以上為Momentive Performance Materials Inc.製)、KP341、KF6001、KF6002(以上為Shin-Etsu Silicone Co.,Ltd.製)、BYK307、BYK323、BYK330(以上為BYK-Chemie Corporation製)等。
界面活性劑可以僅使用1種,亦可以將2種以上組合。 界面活性劑的含量相對於組成物的總固體成分係0.001~2.0質量%為較佳,0.005~1.0質量%為更佳。
<<其他添加劑>> 為了改善膜或硬化膜的物性,可以對組成物加入可塑劑或感脂化劑等公知的添加劑。作為可塑劑,例如可以舉出鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸雙十二烷基酯、三乙二醇二辛酸酯、二甲基二醇鄰苯二甲酸酯、磷酸三甲苯酯、己二酸二辛酯、癸二酸二丁酯、甘油三乙醯酯等。可塑劑的含量相對於聚合性化合物和樹脂的合計量係10質量%以下為較佳。
<組成物的製備方法> 上述組成物能夠將前述成分混合而進行製備。 在製備組成物時,可以將各成分統括配合,亦可以在溶劑中逐次配合各成分而使其溶解或分散。並且,配合時的投入順序和作業條件不受特別限制。 並且,作為使顏料分散之程序,可以舉出使用壓縮、壓榨、衝擊、剪斷、氣蝕等作為用於顏料的分散中之機械力之程序。作為該等程序的具體例,可以舉出珠磨機(beads mill)、混砂機(sand mill)、輥軋機(roll mill)、高速葉輪、磨砂機(sand grinder)、流動噴射混合機(flow jet mixer)、高壓濕式微粒化、超音波分散等。並且,可以較佳地使用“分散技術大全,JOHOKIKO CO.,LTD.發行,2005年7月15日”或“以懸浮(固/液分散系)為中心之分散技術與工業應用的實際 綜合資料集,Keiei Kaihatsu Center Publishing Department發行,1978年10月10日”中所記載之程序及分散機。
當製備組成物時,以去除異物和減少缺陷等為目的,利用過濾器過濾為較佳。作為過濾器,只要是一直以來用於過濾用途等者,就可以無特別限定地進行使用。例如,可以舉出使用了聚四氟乙烯(PTFE)等氟系樹脂、尼龍(例如尼龍-6、尼龍-6,6)等聚醯胺系樹脂、聚乙烯、聚丙烯(PP)等聚烯烴樹脂(包括高密度、超高分子量之者)等之過濾器。在該等材料之中,聚丙烯(包括高密度聚丙烯)及尼龍為較佳。 過濾器的孔徑為0.01~7.0μm左右是適當的,較佳為0.01~3.0μm左右,進一步較佳為0.05~0.5μm左右。藉由設為該範圍,能夠製備微細的異物可靠地被除去之組成物,能夠在後製程中形成均勻及平滑的組成物層。並且,使用纖維狀的過濾器亦較佳。作為纖維狀的過濾器,例如可以舉出聚丙烯纖維、尼龍纖維、玻璃纖維等,具體而言,能夠使用ROKI TECHNO CO.,LTD.製的SBP型系列(SBP008等)、TPR型系列(TPR002、TPR005等)、SHPX型系列(SHPX003等)的過濾器濾筒。
在使用過濾器時,亦可以組合不同之過濾器。此時,利用第1過濾器之過濾可以僅進行1次,亦可以進行2次以上。 並且,第1過濾器可以係將在上述範圍內不同孔徑的過濾器組合而成之者。此處的孔徑可以參閱過濾器製造商的標稱值。作為市售的過濾器,例如可以從由日本PALL Corporation(DFA4201NXEY等)、Advantec Toyo Kaisha, Ltd.、Nihon Entegris K.K.(原Nihon Mykrolis K.K.)或KITZ MICROFILTER CORPORATION等提供之各種過濾器中進行選擇。 第2過濾器可以使用由與上述第1過濾器相同的材料等形成者。 例如,可以僅在分散液中進行利用第1過濾器之過濾,在混合其他成分之後進行利用第2過濾器之過濾。
[膜] 本發明的膜的第1態樣係使用本發明的組成物而形成之膜。 本發明的膜的第2態樣係一種膜,其含有無機粒子及樹脂,無機粒子含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種,無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上。
<L*> 本發明的膜在CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*係35以上為較佳,35~75為更佳。膜在CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*的下限係50以上為更佳,60以上為特佳。
<a*及b*> 依本發明的膜,CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之a*係-30~30為較佳,-20~20為更佳,-10~10為特佳。 依本發明的膜,CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之b*係-35~30為較佳,-33~10為更佳,-30~0為特佳。
<厚度> 本發明的膜的厚度係10μm以下為較佳,3μm以下為更佳,1μm以下為特佳。厚度的下限值係0.5μm以上為較佳。
<平均透射率> 本發明的膜在厚度3.0μm時在波長400~700nm範圍內之平均透射率係1%以上為較佳,10%以上為更佳,30%以上為特佳。波長400~700nm範圍內之平均透射率的上限值係50%以下為較佳。
<用途> 本發明的膜能夠組裝於固體攝像元件等各種感測器和圖像顯示裝置(例如,液晶顯示裝置和有機電致發光(有機EL)顯示裝置等)中進行使用。並且,亦能夠用作調整光學構件的外觀之用途的材料。 本發明的膜例如亦可以組裝於各種感測器和圖像顯示裝置等中,用作將光適當遮擋或透射之構件和散射光之構件。並且,還可以用於發光二極體(LED)反射用途、有機EL光散射層用途、導電材料、絕緣材料、太陽能電池用材料等。
[硬化膜] 本發明的硬化膜係將本發明的膜進行硬化而得到之硬化膜。硬化膜係從本發明的膜中溶劑被除去者為較佳。並且,硬化膜係將本發明的膜中之聚合性化合物進行聚合後硬化而得到者為較佳。 硬化膜在CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*係35~75為較佳。硬化膜的L*的上限係70以下為較佳。硬化膜的L*的下限係40以上為較佳,50以上為更佳。
[光學感測器] 本發明的光學感測器係具有本發明的硬化膜之光學感測器。作為光學感測器,可以舉出固體攝像元件等。
[膜的製造方法] 本發明的膜的製造方法包括如下製程:將本發明的組成物經由具有圖案之遮罩進行曝光之製程;及對經曝光之組成物進行顯影而形成圖案之製程。
在將本發明的組成物經由具有圖案之遮罩進行曝光之製程之前,經將本發明的組成物適用於基材等而形成膜之製程、對膜進行乾燥之製程為較佳。關於膜的厚度、層疊結構等,可以根據目的適當地選擇。
作為形成膜之製程中組成物的適用方法,可以使用公知的方法。例如可以舉出滴加法(滴鑄:drop cast);狹縫塗佈法;噴霧法;輥塗法;旋轉塗佈法(旋塗);流延塗佈法;狹縫及旋塗法;預濕法(prewet method)(例如,日本特開2009-145395號公報中所記載之方法);噴墨(例如按需(on demand)方式、壓電方式、熱(thermal)方式)、噴嘴噴射等噴出系印刷、柔版印刷、網版印刷、凹版印刷、逆轉偏移印刷、金屬遮罩印刷法等各種印刷法;使用金屬模具等之轉印法;奈米壓印法等。作為使用了噴墨之適用方法,只要能夠噴出組成物,則並沒有特別限定,例如可以舉出“能夠擴展使用之噴墨-從專利角度來看之無限可能性-,2005年2月發行,Sumitomo Bakelite Techno-research”所示之專利公報中所記載之方法(尤其是第115頁~第133頁)和日本特開2003-262716、日本特開2003-185831、日本特開2003-261827、日本特開2012-126830、日本特開2006-169325等中將噴出之組成物替換成本發明的組成物之方法。從塗佈適應性的觀點考慮,利用旋塗法之塗佈以300~6000rpm的範圍旋塗為較佳,以400~3000rpm的範圍旋塗為進一步較佳。並且,旋塗時之基材溫度係10~100℃為較佳,20~70℃為更佳。若在上述範圍,則容易製造塗佈均勻性優異之膜。
在滴加法(滴鑄)的情況下,為了以既定的厚度得到均勻的膜,在基材上形成以光阻劑作為隔壁之組成物的滴加區域為較佳。藉由控制組成物的滴加量及固體成分濃度、滴加區域的面積,能夠得到所希望之厚度的膜。作為乾燥後的膜的厚度並沒有特別限制,可以根據目的適當地選擇。
作為基材並沒有特別限定,可以根據用途適當地選擇。例如,可以舉出液晶顯示裝置等中所使用之無鹼玻璃、鈉玻璃、Pyrex(登錄商標)玻璃、石英玻璃、及在該等之上附著有透明導電膜之基材、固體攝像元件等中所使用之光電轉換元件基材、矽基材等、互補性金屬氧化物半導體(CMOS)等。 並且,為了改善與上部層之黏附性、防止物質的擴散或者將表面平坦化,在該等基材上可以根據需要設置底塗層。底塗層為了提高黏附性而設置於(較佳為塗佈於)基材上為較佳。
在乾燥膜之製程中,依各成分及溶劑的種類、或使用比例等改變乾燥條件為較佳。乾燥條件例如係60~150℃的溫度、30秒鐘~15分鐘為較佳。
作為將本發明的組成物經由具有圖案之遮罩進行曝光之製程和對經曝光之組成物進行顯影而形成圖案之製程,例如可以舉出包括如下製程之方法等:將本發明的組成物適用於基材上而形成膜狀的組成物層之製程;將組成物層曝光成圖案形狀之製程;顯影去除未曝光部而形成圖案之製程。作為形成圖案之製程,既可以利用光微影法形成圖案,亦可以利用乾式蝕刻法形成圖案。
在曝光製程中,將形成於基材上之膜曝光成圖案形狀為較佳。例如,使用步進機等曝光裝置,對基材上的膜經由具有既定的遮罩圖案之遮罩進行曝光,由此能夠進行圖案曝光。藉此,能夠將曝光部分進行硬化。 作為能夠在曝光時使用之放射線(光),可以較佳地使用g射線、i射線等紫外線(特佳為i射線)。照射量(曝光量)例如係0.03~2.5J/cm2 為較佳,0.05~1.0J/cm2 為更佳。 關於曝光時之氧濃度,可以適當地選擇,除了在大氣下進行以外,例如可以在氧濃度為19體積%以下的低氧氣氛下(例如,15體積%以下,進一步為5體積%以下,尤其為實質上無氧)下進行曝光,亦可以在氧濃度超過21體積%之高氧氣氛下(例如,22體積%以上,進一步為30體積%以上,尤其為50體積%以上)下進行曝光。並且,曝光照度可以適當地設定,通常可以從1000W/m2 ~100000W/m2 (例如,5000W/m2 以上,進一步為15000W/m2 以上,尤其為35000W/m2 以上)的範圍選擇。亦可以將氧濃度和曝光照度的條件適當地進行組合,例如能夠設為氧濃度10體積%且照度10000W/m2 、氧濃度35體積%且照度20000W/m2 等。
接著,顯影去除未曝光部而形成圖案為較佳。未曝光部的顯影去除能夠使用顯影液來進行。藉此,曝光製程中之未曝光部的組成物層溶出於顯影液中,只有光硬化之部分殘留。作為顯影液,不會對基底的電路等產生損傷之鹼顯影液為較佳。作為顯影液,可以使用本說明書中所記載之溶劑進行顯影。顯影液的溫度例如係20~30℃為較佳。顯影時間係20~180秒鐘為較佳,20~90秒鐘為更佳。
作為鹼顯影液中所使用之鹼劑,例如可以舉出氨水、乙胺、二乙胺、二甲基乙醇胺、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、苄基三甲基氫氧化銨、膽鹼、吡咯、哌啶、1,8-二氮雜雙環[5,4,0]-7-十一碳烯、二甲基雙(2-羥基乙基)氫氧化銨等有機鹼性化合物。將該等鹼劑以濃度成為0.001~10質量%、較佳為0.01~1質量%之方式用純水稀釋而成之鹼性水溶液較佳地用作顯影液。 並且,顯影液中亦可以使用無機鹼。作為無機鹼,例如係氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、矽酸鈉、偏矽酸鈉等為較佳。 並且,顯影液中亦可以使用界面活性劑。作為界面活性劑的例子,可以舉出在上述組成物中說明之界面活性劑,非離子系界面活性劑為較佳。 另外,當使用該種包括鹼性水溶液之顯影液時,一般在顯影後用純水清洗(沖洗)為較佳。
膜的製造方法亦可以包含其他製程。作為其他製程並沒有特別限制,可以根據目的適當地選擇。例如,可以舉出基材的表面處理製程、預加熱製程(預烘烤製程)、後加熱製程(後烘烤製程)等。顯影後還可以進行加熱及曝光中的至少一方。依該態樣,能夠進一步進行膜的硬化而製造更牢固硬化之膜。
預加熱製程及後加熱製程中之加熱溫度係80~200℃為較佳。上限係150℃以下為較佳。下限係90℃以上為更佳。並且,預加熱製程及後加熱製程中之加熱時間係30~240秒鐘為更佳。上限係180秒鐘以下為更佳。下限係60秒鐘以上為更佳。
作為加熱處理的方法,可以舉出加熱所形成之上述膜的整個面之方法。藉由加熱處理,圖案的膜強度得到提高。加熱溫度係100~260℃為較佳。下限係120℃以上為更佳,160℃以上為特佳。上限係240℃以下為更佳,220℃以下為特佳。若加熱溫度在上述範圍,則容易得到強度優異之膜。加熱時間係1~180分鐘為較佳。下限係3分鐘以上為更佳。上限係120分鐘以下為更佳。作為加熱裝置並沒有特別限制,可以從公知的裝置中根據目的適當地選擇,例如可以舉出乾燥烘箱、加熱板、紅外線加熱器等。 [實施例]
以下,利用實施例對本發明進行具體說明,但本發明並不限定於該等實施例。另外,只要沒有特別指定,“份”及“%”為質量基準。 黏度係使用E型黏度計(TOKI SANGYO CO.,LTD.製RE85L)進行了測定。測定係使用1°34’×R24的錐型旋轉計(corn roter)在將轉速設為5rpm之條件下進行。在該條件下無法測定時,適當地變更轉速後進行了測定。
<重量平均分子量的測定> 樹脂的重量平均分子量利用以下方法進行了測定。 管柱的種類:將TOSOH TSKgel Super HZM-H、TOSOH TSKgel Super HZ4000及TOSOH TSKgel Super HZ2000連接而成之管柱 展開溶劑:四氫呋喃 管柱溫度:40℃ 流量(樣品注入量):1.0μL(樣品濃度:0.1質量%) 裝置名稱:TOSOH CORPORATION製HLC-8220 GPC檢測器:RI(折射率)檢測器 校準曲線基礎樹脂(base resin):聚苯乙烯
<酸值的測定方法> 酸值係表示中和每1g固體成分的酸性成分所需之氫氧化鉀的質量者。將試樣溶解於四氫呋喃/水=9/1(質量比)混合溶劑中而製備測定樣品,並使用電位差滴定裝置(商品名:AT-510,KYOTO ELECTRONICS MANUFACTURING CO.,LTD.製),利用25℃的0.1mol/L氫氧化鈉水溶液中和滴定了測定樣品。將滴定pH曲線的拐點設為滴定終點,利用下式計算出酸值。 A=56.11×Vs×0.5×f/w A:酸值(mgKOH/g) Vs:滴定所需之0.1mol/L氫氧化鈉水溶液的使用量(mL) f:0.1mol/L氫氧化鈉水溶液的滴定量(titer) w:測定樣品質量(g)(固體成分換算)
<胺值的測定> 胺值係以與每1g固體成分的鹼性成分當量的氫氧化鉀(KOH)的質量表示者。將試樣溶解於乙酸中而製備測定樣品,並使用電位差滴定裝置(商品名:AT-510,KYOTO ELECTRONICS MANUFACTURING CO.,LTD.製),利用25℃的0.1mol/L過氯酸/乙酸溶液中和滴定了測定樣品。將滴定pH曲線的拐點設為滴定終點,利用下式計算出胺值。 B=56.11×Vs×0.1×f/w B:胺值(mgKOH/g) Vs:滴定所需之0.1mol/L過氯酸/乙酸溶液的使用量(mL) f:0.1mol/L過氯酸/乙酸溶液的滴定量 w:測定樣品的質量(g)(固體成分換算)
<無機粒子的平均粒徑的測定> 對於比較顏料1~3,利用以下方法測定了粉體無機粒子的平均一次粒徑。將比較顏料1~3示於表4。 藉由利用透射型電子顯微鏡(TEM)觀察粉體無機粒子,並觀測無機粒子未凝聚之一次粒子而求出了一次粒徑。關於無機粒子的粒度分佈,拍攝作為一次粒子之粉體無機粒子的TEM圖像之後,使用圖像處理裝置,由TEM圖像測定了粒度分佈。關於無機粒子的平均一次粒徑,依由粒度分佈計算出之個數基準的算術平均直徑而設為平均一次粒徑。作為透射型電子顯微鏡,使用了Hitachi, Ltd.製電子顯微鏡(H-7000),作為圖像處理裝置,使用了NIRECO CORPORATION製Luzex AP。 對於中空無機粒子A-5及比較顏料4、中實無機粒子A-2~A-4、以及多孔質無機粒子A-1,利用以下方法測定了粉體無機粒子的平均粒徑。 藉由利用透射型電子顯微鏡(TEM)觀察粉體無機粒子,並觀測無機粒子未凝聚之部分而求出了粒徑。本發明中,關於中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子的粒度分佈,拍攝作為一次粒子的集合體之中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子的TEM圖像之後,使用圖像處理裝置,由TEM圖像測定了粒度分佈。本發明中,關於中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子的平均粒徑,依由粒度分佈計算出之個數基準的算術平均直徑而設為平均粒徑。使用Hitachi, Ltd.製電子顯微鏡(H-7000)作為透射型電子顯微鏡,並使用NIRECO CORPORATION製Luzex AP作為圖像處理裝置來測定了粒度分佈。
[實施例1~27、比較例1~4] <分散液的製造> 使用循環型分散裝置(珠磨機,KOTOBUKI KOGYOU.CO.,LTD.製ULTRA APEX MILL),在下述分散條件下對下述所示之組成的混合液進行分散處理而製造出分散液。 <<混合液的組成>> 下述表中所記載之粒子:30質量份 下述表中所記載之分散劑:下述表中所記載之量 下述表中所記載之分散助劑:下述表中所記載之量 丙二醇-1-單甲醚-2-乙酸酯(PGMEA):下述表中所記載之量 <<分散條件>> 珠徑:直徑0.2mm珠子 填充率:65體積% 圓周速度:6m/秒 泵供給量:10.8kg/小時 冷卻水:自來水 珠磨機環狀通路內容積:0.15L 分散處理之混合液量:0.65kg
在分散開始後,以30分鐘間隔測定了粒子的平均粒徑。粒子的平均粒徑隨著分散時間的經過而減小,但其變化量逐漸減少。在粒度分佈中之d50(積算值50%)的變化量消失之時點,結束了分散。 將所得到之分散液1~15的組成示於下述表。
[表3]
(粒子) 作為A-1~A-5及比較顏料1~4,使用了以下粒子。
-A-1:多孔質氧化鈦粒子(多孔質無機粒子)的製備- 在乙醇(EtOH)溶液中添加正丁醇鈦(TBOT)(多孔質無機粒子)而得到了溶液。在所得到之溶液中添加抑制TBOT的水解或縮聚反應之乙醯乙酸乙酯(EAcAc)(β-酮酯化合物)之後,在室溫下攪拌約2小時而製作出溶液a。在溶液a中添加乙醇與1質量%氨水(NH3 水溶液)的混合液,並攪拌約6小時,藉此得到了含有多孔質氧化鈦粒子之溶液。各原料的莫耳比設為TBOT:EtOH:EAcAc:NH3 水溶液=1:100:1:4.5。使用離心分離機使多孔質氧化鈦粒子沉降,然後利用乙醇進行清洗之後,得到了多孔質氧化鈦粒子A-1。 藉由使用掃描型電子顯微鏡(Hitachi High-Technologies Corporation製,型號S-4800)之觀察,確認到得到了表面具有複數個孔徑10nm~100nm的細孔之結構的多孔質氧化鈦粒子。多孔質氧化鈦粒子A-1的平均粒徑為約750nm。多孔質氧化鈦粒子A-1的折射率為2.7。
-A-2:中實氧化鈰粒子(中實無機粒子)的製備- 使用作為形成殼層之無機奈米粒子之氧化鈰粒子(TAIYO KOKO CO.,LTD.製,產品名:SERIKO CH-501,平均一次粒徑:0.6μm)和作為成為芯之聚合物粒子之非交聯聚苯乙烯粒子(Sekisui Plastics Co.,Ltd.製,產品名:DuoMaster S-20,平均一次粒徑:300μm)製備出複合粒子。 將氧化鈰粒子0.05g及非交聯聚苯乙烯粒子1.0g稱取到樣品管中,輕輕振蕩混勻樣品管。 在樣品管中放入經特氟隆(登錄商標)塗覆之磁力攪拌子,並固定於耐壓容器(Taiatsu Techno Corporation製)後進行密閉。使用注射泵(TELEDYNE ISCO INC.製,產品名:260D)加壓至8MPa,並將液化之二氧化碳加入到耐壓容器中使其充満。將耐壓容器浸漬於水浴中,利用磁力攪拌器,一邊以300rpm旋轉攪拌子,一邊將溫度上升至50℃。升溫後,將壓力調整為34MPa,進而攪拌6小時。 然後,將溫度下降至室溫(約20℃),停止攪拌。接著,經約2分鐘將液化之二氧化碳逐漸從耐壓容器內除去。藉此,在耐壓容器中得到了複合粒子(中實氧化鈰粒子A-2)。 中實氧化鈰粒子A-2的芯的折射率為1.6,殼層的折射率為2.2,芯與殼層的折射率差為0.6。
-A-3:中實氧化鈦粒子(中實無機粒子)的製備- 使用作為形成殼層之無機奈米粒子之氧化鈦粒子(Aldrich公司製,金紅石型,平均一次粒徑:28nm)和作為成為芯之聚合物粒子之非交聯聚苯乙烯粒子(Sekisui Plastics Co.,Ltd.製,產品名:DuoMaster S-20,平均一次粒徑:300μm)製備出複合粒子。 將氧化鈦粒子0.05g及非交聯聚苯乙烯粒子1.0g稱取至樣品管中,並輕輕振蕩混勻樣品管。 在樣品管中放入經特氟隆(登錄商標)塗覆之磁力攪拌子,並固定於耐壓容器(Taiatsu Techno Corporation製)後進行密閉。使用注射泵,加壓至8MPa,並將液化之二氧化碳加入耐壓容器中使其充満。將耐壓容器浸漬於水浴中,利用磁力攪拌器,一邊以300rpm旋轉攪拌子,一邊將溫度上升至50℃。升溫後,將壓力調整為20MPa,進而攪拌6小時。 然後,將溫度下降至室溫(約20℃),停止攪拌。接著,經約2分鐘將液化之二氧化碳緩慢從耐壓容器內除去。藉此,在耐壓容器中得到了複合粒子(中實氧化鈦粒子A-3)。 中實氧化鈦粒子A-3的芯的折射率為1.6,殼層的折射率為2.7,芯與殼層的折射率差為1.1。
-A-4:多孔質氧化鈦粒子(多孔質無機粒子)的製備- 將異丙醇鈦(0.1mmol)及鄰苯二甲酸(0.5mmol)與10mL的甲醇混合,並攪拌一晩。將所得到之混合物3.5mL移到SUS316反應管中,以升溫速度800℃/分鐘升溫至300℃,藉此將甲醇設為超臨界狀態,並使混合物反應了10分鐘。接著,離心分離生成物之後,使用甲醇清洗,並進行了乾燥。藉此,得到了白色中實球狀多孔質銳鈦礦型氧化鈦奈米粒子(多孔質氧化鈦粒子A-4)。 藉由使用掃描型電子顯微鏡(Hitachi High-Technologies Corporation製,型號S-4800)之觀察,確認到得到表面具有複數個孔徑2nm~50nm的細孔之結構的多孔質氧化鈦粒子。多孔質氧化鈦粒子A-4的平均粒徑為800nm。多孔質氧化鈦粒子A-4的折射率為2.6。
-A-5:中空氧化鈦粒子(中空無機粒子)的製備- 將異丙醇鈦(0.1mmol)及鄰苯二甲酸(0.5mmol)與10mL的甲醇混合,並攪拌一晩。將所得到之混合物3.5mL移到SUS316反應管中,以升溫速度6.0℃/分鐘升溫至300℃,藉此將甲醇設為超臨界狀態,並使混合物反應了10分鐘。接著,離心分離生成物之後,使用甲醇清洗,並進行了乾燥。藉此,得到了白色中空球狀多孔質銳鈦礦型氧化鈦奈米粒子(中空氧化鈦粒子A-5)。 中空氧化鈦粒子A-5的平均粒徑為700nm。中空氧化鈦粒子A-5的折射率為2.6。
[表4]
-比較顏料4:中空樹脂粒子的製備- 將甲基丙烯酸甲酯40質量份、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯10質量份、作為聚合起始劑之偶氮雙異丁腈0.25質量份、作為(W/O)型乳化劑之去水山梨醇單油酸酯0.5質量份混合並進行攪拌而得到了單體溶液。 接著,在離子交換水中添加氯化鈉以使其成為1質量%的濃度,藉此調整滲透壓,製備出氯化鈉水溶液50質量份。 在所得到之單體溶液中加入所得到之氯化鈉水溶液,使用攪拌分散裝置緩慢攪拌混合液,以得到微米級(micron size)的(W/O)型(油中水型)的乳液。將含有1質量%濃度的聚乙烯醇(分散劑)及0.02質量%濃度的亞硝酸鈉(水溶性聚合抑制劑)之水溶液300質量份加入到所得到之(W/O)型乳液中,使用攪拌分散裝置進行攪拌,得到了(W/O/W)型(水相中存在油相,該油相中再含有水相之狀態)複合乳液懸浮液。 準備具備攪拌機、夾套、回流冷卻機及溫度計之聚合器,接著將聚合器內減壓而除氧之後,進行氮置換而將聚合器內設為氮氣氣氛。在聚合器內一次性投入所得到之(W/O/W)型複合乳液懸浮液,在室溫下攪拌了既定時間。由於聚合器中的(W/O)型乳化劑的量較少,因此內含微小的水滴之油滴的狀態不穩定,隨著時間的經過,該等緩慢結合而成為一體,得到了(W/O/W)型複合乳液懸浮液。所得到之(W/O/W)型複合乳液懸浮液使用光學顯微鏡確認到油滴中內含有單一大小的水滴。接著,將聚合器升溫至60℃,並聚合了4小時。然後,熟化1小時,並將聚合器冷卻至室溫,得到了懸浮體。使用脫水裝置,對所得到之懸浮體進行脫水,接著進行真空乾燥,藉此得到了使用了(甲基)丙烯酸化合物之單孔的中空樹脂粒子(比較顏料4)。 比較顏料4的中空樹脂粒子的平均粒徑為1.0μm。比較顏料4的中空樹脂粒子的折射率為1.5。
-無機粒子的折射率- 利用以下方法測定了粒子的折射率。 使已知折射率之分散劑和PGMEA分散而製作分散液,將已知折射率之樹脂和分散液以固體成分中的粒子的濃度分別成為10質量%、20質量%、30質量%、40質量%之方式混合,從而製作出4種塗佈液。將該等塗佈液於Si晶片上以300nm的膜厚進行製膜之後,使用橢圓偏光計(Lambda Ace RE-3300(商品名),Dainippon Screen Mfg. Co.,Ltd.)測定了所得到之膜的折射率。然後,標繪粒子濃度和折射率並進行外插而導出粒子的折射率。
(分散劑) H-1:Solsperse 36000 Japan Lubrizol Corporation製 H-2:Solsperse 41000 Japan Lubrizol Corporation製 H-3:下述結構的樹脂(酸值=51.7mgKOH/g、Mw=13000) H-4:下述結構的樹脂(酸值=32mgKOH/g、胺值=45mgKOH/g、Mw=15000) (H-3)及(H-4)所表示之各重複單元中併記之數值表示各重複單元的含量〔質量比〕。側鏈的重複部位中併記之數值表示重複部位的重複數量。 [化學式34]
(分散助劑) X-1:LIGHT ESTER P-1M,KYOEISHA CHEMICAL Co.,Ltd製
<組成物的製備> 將表5所示之各成分混合而製備出實施例1~27及比較例1~4的各組成物。
[表5]
<<原料>> 以下示出表5所示之各成分的詳細內容。
(分散液) 分散液1~15:上述分散液1~15。
(鹼可溶性樹脂) C-1:下述結構的樹脂(酸值113mgKOH/g、Mw=33000) C-2:下述結構的樹脂(酸值32mgKOH/g、Mw=14000) (C-1)及(C-2)所表示之各重複單元中併記之數值表示各重複單元的含量〔質量比〕。 [化學式35]
(聚合性化合物) D-1:KAYARAD DPHA(Nippon Kayaku Co.,Ltd.製) D-2:NK ESTER A-TMMT(Shin-Nakamura Chemical Co, Ltd.製)
(光聚合起始劑) E-1:IRGACURE OXE01(BASF公司製) E-2:IRGACURE 379(BASF公司製) E-3:IRGACURE TPO(BASF公司製) E-4:IRGACURE 819(BASF公司製) E-5:ADEKA ARKLS NCI-831(ADEKA CORPORATION製)
(溶劑) PGMEA:丙二醇單甲醚乙酸酯 PGME:丙二醇單甲醚
(著色防止劑) F-1:Adekastab PEP-36A(ADEKA CORPORATION製,下述結構,CAS(Chemical Abstracts Service)登錄號:80693-00-1) F-2:Adekastab AO-50(ADEKA CORPORATION製,下述結構,CAS登錄號:2082-79-3) F-3:Adekastab AO-80(ADEKA CORPORATION製,下述結構,CAS登錄號:90498-90-1) F-4:Adekastab AO-412S(ADEKA CORPORATION製,下述結構,CAS登錄號:29598-76-3) [化學式36]
(具有環氧基之化合物) G-1:EHPE3150(Daicel Chemical Industries, Ltd.製) G-2:EPICLON N-695(DIC CORPORATION製)
(紫外線吸收劑) J-1:日本特開2009-217221號公報的化合物III,下述結構。 [化學式37]
(黏附劑) I-1:日本特開2009-288703號公報中所記載之化合物C,下述結構。 [化學式38]
[評價] <L*> 使用旋塗機,將上述中所得到之各組成物以乾燥後的膜厚成為3.0μm之方式塗佈於帶有底塗層(FUJIFILM Electronic Materials Co.,Ltd.製CT-4000L;厚度0.1μm)之8英寸(1英寸為2.54cm)玻璃晶片上,並使用110℃的加熱板進行了120秒鐘加熱處理(預烘烤)而形成了塗佈膜。 接著,使用i射線步進機曝光裝置FPA-3000i5+(Canon Co.,Ltd.製),以曝光量成為1000mJ/cm2 的方式經由具有2cm×2cm的圖案之遮罩照射365nm的波長的光而對塗佈膜進行了曝光。 然後,將形成有曝光後的塗佈膜之玻璃晶片載置於旋轉噴淋顯影機(spin shower developing device)(DW-30型,Chemitronics Co.,Ltd.製)的水平旋轉台上,並使用四甲基氫氧化銨(TMAH)0.3質量%水溶液,在23℃下進行了60秒鐘浸沒顯影。如此,在玻璃晶片上形成了白色圖案。 將形成有白色圖案之玻璃晶片以真空吸盤方式固定於水平旋轉台,藉由旋轉裝置,一邊以轉速50rpm旋轉,一邊從其旋轉中心的上方由噴出噴嘴以噴淋狀供給純水而進行了沖洗處理。接著,對玻璃晶片進行噴霧乾燥。 L*係在膜中所含之溶劑成為1質量%以下之狀態下進行了測定。 使用分光測光器,使用D65光源,將觀測視野設為2°,白色基準使用X-rite528(商品名,X-rite Inc.製)所附帶之校正基準板的白色片痕(white patch)進行設定,測定了所得到之白色圖案的CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*值。作為分光測光器,使用了X-rite528(商品名,X-rite Inc.製)。 按以下基準,對其結果進行了評價。若為A、B或C的評價,則判斷為實用上沒有問題。A或B的評價為較佳,A的評價為更佳。將所得到之結果記載於下述表。 A:形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為60以上且75以下。 B:形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為50以上且小於60。 C:形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35以上且小於50。 D:形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為30以上且小於35。 E:形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*小於30。
<塗佈適應性> 使用Micasa Corporation.製旋塗機MS-B100,將上述中所得到之各組成物以乾燥後的厚度成為3.0μm的方式塗佈於帶有底塗層(FUJIFILM Electronic Materials Co.,Ltd.製CT-4000L;厚度0.1μm)之4英寸矽晶片上。接著,使用110℃的加熱板,對矽晶片進行了120秒鐘加熱處理(預烘烤)。對於加熱處理後的矽晶片,在螢光燈下及鈉光源下藉由目視觀察了塗佈面的條紋狀的不均勻。根據觀察到之條紋狀的不均勻的數量,基於以下基準評價了塗佈適正。 A:在螢光燈下及鈉光源下,塗佈面上均完全沒有條紋狀的不均勻。 B:僅在鈉光源下,觀察到1~5個條紋狀的不均勻。 C:僅在鈉光源下,觀察到6~10個條紋狀的不均勻。 D:在螢光燈下,觀察到1~5個以上條紋狀的不均勻。 E:在螢光燈下,觀察到6個以上條紋狀的不均勻。 若為A~C的評價,則判斷為實用上沒有問題。A或B的評價為較佳,A的評價為更佳。將所得到之結果記載於下述表。
<溶液經時穩定性> 使用烘箱,將上述中所得到之各組成物在160℃、1小時的條件下乾燥揮發成分。測定乾燥前後的質量,由減量求出揮發量,計算各組成物的乾燥前的質量與揮發量之差而計算出“離心處理前的固體成分”。 並且,將所得到之各組成物在室溫、47分鐘、3500rpm的條件下進行離心處理,對所得到之上清液藉由與上述相同的方法計算出“離心處理後的固體成分”。 將“離心處理後的固體成分”與“離心處理前的固體成分”之差除以“離心處理前的固體成分”,以百分率計算出固體成分沉降率。根據固體成分沉降率,基於下述基準評價了溶液經時穩定性。 若為A~C的評價,則判斷為實用上沒有問題。A或B的評價為較佳,A的評價為更佳。將所得到之結果記載於下述表。 A:固體成分沉降率在2質量%以下的範圍者。 B:固體成分沉降率在超過2質量%且5質量%以下的範圍者。 C:固體成分沉降率在超過5質量%且10質量%以下的範圍者。 D:固體成分沉降率在超過10質量%且15質量%以下的範圍者。 E:固體成分沉降率超過15質量%者。
<耐溶劑性> 使用旋塗機,將上述中所得到之各組成物以乾燥後的厚度成為3.0μm的方式塗佈於帶有底塗層(FUJIFILM Electronic Materials Co.,Ltd.製CT-4000L;厚度0.1μm)之8英寸玻璃晶片上,並使用110℃的加熱板進行120秒鐘加熱處理(預烘烤)而形成了塗佈膜。 接著,使用i射線步進機曝光裝置FPA-3000i5+(Canon Co.,Ltd.製),以曝光量成為1000mJ/cm2 的方式經由具有2cm×2cm的圖案之遮罩照射365nm的波長的光而對塗佈膜進行了曝光。 然後,將形成有曝光後的塗佈膜之玻璃晶片載置於旋轉噴淋顯影機(DW-30型,Chemitronics Co.,Ltd.製)的水平旋轉台上,並使用四甲基氫氧化銨(TMAH)0.3質量%水溶液,在23℃下浸沒顯影了60秒鐘。如此,在玻璃晶片上形成了白色圖案。 將形成有白色圖案之玻璃晶片以真空吸盤方式固定於水平旋轉台,藉由旋轉裝置,一邊以轉速50rpm旋轉,一邊從其旋轉中心的上方由噴出噴嘴以噴淋狀供給純水而進行了沖洗處理。接著,對玻璃晶片進行噴霧乾燥。然後,使用230℃的加熱板對玻璃晶片進行了5分鐘加熱處理(後烘烤)。 使用MCPD-3000(Otsuka Electronics Co.,Ltd.製),測定了所得到之白色圖案和將白色圖案在N-甲基-2-吡咯啶酮中浸漬5分鐘之後的白色圖案在波長400~700nm下之透射率。以百分率表示各波長下之透射率之差除以白色圖案的透射率而得到之值,將其設為分光變動(ΔT%)。對於該分光變動,將分光變動最大的波長下之變動設為ΔTmax,作為耐溶劑性的評價。變動越小,耐溶劑性越良好,為更佳。A、B、C或D的評價為較佳,A、B或C的評價為更佳,A或B的評價為特佳,A的評價為更特佳。將所得到之結果記載於下述表。 A:ΔTmax<0.5%。 B:0.5%≤ΔTmax<1.0%。 C:1.0%≤ΔTmax<3.0%。 D:3.0%≤ΔTmax<5.0%。 E:ΔTmax≥5.0%。
<圖案形狀> 使用旋塗法,將上述中所得到之各組成物以塗佈後的厚度成為3.0μm的方式塗佈於帶有底塗層(FUJIFILM Electronic Materials Co.,Ltd.製CT-4000L;厚度0.1μm)之8英寸矽晶片上。然後,使用100℃的加熱板,將矽晶片加熱2分鐘而得到了組成物層。 接著,對於所得到之組成物層,使用i射線步進機曝光裝置FPA-3000i5+(Canon Co.,Ltd.製),將20μm見方的島狀圖案經由遮罩進行曝光(曝光量50~1700mJ/cm2 )。 接著,使用顯影裝置(Tokyo Electron Limited.製Act8),對曝光後的組成物層進行了顯影。顯影液使用四甲基氫氧化銨(TMAH)0.3質量%水溶液,噴淋顯影在23℃下進行了60秒鐘。然後,藉由使用了純水之旋轉噴淋進行沖洗,得到了圖案。使用掃描型電子顯微鏡(SEM)(S-4800H,Hitachi High-Technologies Corporation製)觀察(倍率:5000倍)所得到之圖案,基於下述評價基準評價了形狀。 A、B、C或D的評價為較佳,A、B或C的評價為更佳,A或B的評價為特佳,A的評價為更特佳。將所得到之結果記載於下述表。 A:如圖1的(a)圖案的一邊為直線狀。 B:如圖1的(b)圖案的角部稍呈圓狀。 C:如圖1的(c)圖案的一邊稍呈圓狀。 D:如圖1的(d)圖案呈圓狀。 E:如圖1的(e)圖案較圓。
<黏附性> 在圖案形狀的評價中製作出之圖案中,將圖案尺寸為20μm的圖案組群藉由光學顯微鏡(Olympus Corporation製)進行觀察,並評價了黏附性。計算相對於所有島圖案之圖案的剝落或缺損的產生比例,基於下述評價基準進行了黏附性的評價。 A、B、C或D的評價為較佳,A、B或C的評價為更佳,A或B的評價為特佳,A的評價為更特佳。將所得到之結果記載於下述表。 A:圖案無剝落或缺損。 B:被觀察之圖案的剝落或缺損超過0%且小於5%。 C:被觀察之圖案的剝落或缺損為5%以上且小於10%。 D:被觀察之圖案的剝落或缺損為10%以上且小於30%。 E:被觀察之圖案的剝落或缺損為30%以上。
<著色性> 使用分光測光器(X-rite528(商品名,X-rite Inc.製))測定了以與耐溶劑性的評價相同的方法製作出之圖案的分光L*、a*、b*。使用D65光源,將觀察視野設為2°,使用X-rite528(商品名,X-rite Inc.製)所附帶之校正基準板的白色片痕設定白色基準來進行分光的測定。將形成有圖案之玻璃晶片置於被黑色抗蝕劑塗覆之台(黑色台)上進行了測定。關於黑色台的黑色抗蝕劑層,OD(光學密度:Optical Density)在400nm下為3.5(透射率0.03%),在550nm下為3.2(透射率0.06),在700nm下為2.5(透射率0.32%),在400nm~700nm的範圍內之平均反射率為7%。黑色台的OD係利用Otsuka Electronics Co.,Ltd.製“MCPD-3000”進行測定,平均反射率係利用Konica Minolta, Inc.製“SPECTROPHOTOMETER CM-2600”進行測定。 接著,利用265℃的加熱板,將製作出之圖案加熱15分鐘,並測定了加熱後的圖案的分光。計算出CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之加熱前後的圖案的色差ΔE*ab。色差ΔE*ab藉由下式進行計算。 ΔE* ab=〔(ΔL*2 +(Δa*2 +(Δb*21/2 利用色差ΔE*ab,基於下述評價基準評價了著色性。 A:色差ΔE*ab為0以上且小於0.5。 B:色差ΔE*ab為0.5以上且小於1.0。 C:色差ΔE*ab為1.0以上且小於2.0。 D:色差ΔE*ab為2.0以上且小於3.0。 E:色差ΔE*ab為3.0以上。 A、B、C或D的評價為較佳,A、B或C的評價為更佳,A或B的評價為特佳,A的評價為更特佳。將所得到之結果記載於下述表。
<缺陷> 使用旋塗機,將上述中所得到之各組成物以乾燥後的厚度成為3.0μm之方式塗佈於帶有底塗層(FUJIFILM Electronic Materials Co.,Ltd.製CT-4000L;厚度0.1μm)之8英寸矽晶片上。然後,使用110℃的加熱板,對矽晶片進行120秒鐘加熱處理(預烘烤)而形成了組成物層。 接著,使用缺陷評價裝置ComPLUS(Applied Materials, Inc.製),計數所形成之組成物層中的具有5.0μm以上大小之異物。 在剛製備組成物層之後、以及剛製備組成物層之後在室溫(23℃)下經過1個月之後,進行組成物層中的異物的計數,計算異物增加率,並基於下述評價基準評價了缺陷。 異物增加率利用(在室溫下經過1個月後的異物數量/剛製備後的異物數量)進行計算。A、B、C或D的評價為較佳,A、B或C的評價為更佳,A或B的評價為特佳,A的評價為更特佳。將所得到之結果記載於下述表。 A:小於1.1。 B:1.1以上且小於1.3。 C:1.3以上且小於1.5。 D:1.5以上且小於3.0。 E:3.0以上。
[表6]
可知各實施例的組成物,在形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35以上,且溶液經時穩定性優異。 相對於此,可知使用了均勻的無機粒子之比較例1及2的組成物,其溶液經時穩定性較差。 使用了無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率小於1.65之無機粒子之比較例3的組成物,在形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*小於35,溶液經時穩定性亦較差。 可知使用了中空有機粒子之比較例4的組成物,在形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*小於35,溶液經時穩定性亦較差。
[實施例101] 上述實施例1中,將鹼可溶性樹脂由C-1變更為下述C-3,除此以外,使用完全相同的方法進行了評價。評價結果與實施例1相同。 C-3:表2所示之具體例54的聚矽氧烷系樹脂(Mw=10000) 聚矽氧烷系樹脂C-3係參考WO2014/126013號公報的<0117>的合成例11及<0107>的合成例1,按照以下步驟進行了合成。該公報的內容被併入本說明書中。 將下述組成所示之各成分加入到茄形燒瓶中,一邊在室溫下攪拌一邊經30分鐘向其中滴加將2g的磷酸溶於54g的水中而得到之水溶液。然後,在40℃下將溶液攪拌30分鐘之後,接著在70℃下攪拌30分鐘,最後在110℃下攪拌3小時後,結束反應。利用蒸發器,從反應後的溶液中除去溶劑而得到了聚矽氧烷系樹脂C-3。 -組成- 二甲氧基二甲基矽烷:84質量份(70莫耳%) 3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷:47質量份(20莫耳%) 3-三甲氧基矽基丙基琥珀酸酐:13質量份(5莫耳%) 3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷:14質量份(5莫耳%) PGMEA:102質量份
<平均透射率> 對於評價了耐溶劑性之各實施例的厚度3.0μm的白色圖案(膜),使用Otsuka Electronics Co.,Ltd.製MCPD-3000,以5nm間距測定波長400~700nm的範圍內之透射率,將其平均值設為平均透射率。 其結果,可知各實施例的膜在厚度3.0μm時在波長400~700nm的範圍內之平均透射率為1~45%。
<顯影液的影響> 即使代替圖案形狀的評價中所使用之顯影液而利用本說明書中所記載之溶劑進行顯影,亦能夠得到同樣的圖案。
藉由在各實施例的組成物中添加本說明書中所記載之界面活性劑,塗佈適應性得到提高,得到了厚度不均勻較小的均勻的膜。 即使在各實施例的組成物中添加本說明書中所記載之彩色著色劑,亦能夠得到同樣的效果。 藉由在各實施例的組成物中還添加本說明書中所記載之鏈轉移劑,得到了黏附性優異之膜。 即使在本說明書中所記載之範圍內變更各實施例的分散液、粒子、鹼可溶性樹脂、聚合性化合物、光聚合起始劑、溶劑、著色防止劑、具有環氧基之化合物、紫外線吸收劑、黏附劑的量(質量份),亦能夠得到同樣的效果。 [產業上的可利用性]
由本發明的組成物形成之膜係在形成厚度3.0μm的膜時之CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35以上且溶液經時穩定性優異之膜。該種膜在進行硬化而作為硬化膜利用於固體攝像元件等各種光學感測器時,能夠發揮良好的光學感測器功能,產業上的可利用性較高。
圖1係表示圖案形狀的評價基準之圖。

Claims (24)

  1. 一種組成物,其含有無機粒子及樹脂, 前述無機粒子含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種, 前述無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之組成物,其中前述組成物為硬化性組成物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之組成物,其中前述無機粒子含有中空無機粒子或多孔質無機粒子。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之組成物,其中前述無機粒子含有金屬單體或金屬氧化物。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之組成物,其中前述無機粒子為白色顏料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之組成物,其中前述無機粒子含有氧化鈦。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之組成物,其中前述無機粒子的平均粒徑為100~1000nm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之組成物,其中前述無機粒子的含量相對於前述組成物的總固體成分為25~75質量%。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之組成物,其中前述無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.8以上。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之組成物,其中前述樹脂為鹼可溶性樹脂。
  11. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之組成物,其中前述樹脂為聚矽氧烷系樹脂。
  12. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之組成物,其中前述組成物還含有硬化性化合物及聚合起始劑中的至少一方。
  13. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之組成物,其中前述組成物還含有自由基聚合性化合物及光聚合起始劑。
  14. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之組成物,其中前述組成物還含有著色防止劑。
  15. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之組成物,其中前述組成物還含有鏈轉移劑。
  16. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之組成物,其中前述組成物還含有分散劑及分散助劑中的至少一方。
  17. 一種膜,其係使用申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之組成物而形成。
  18. 一種膜,其含有無機粒子及樹脂, 前述無機粒子含有中空無機粒子、中實無機粒子及多孔質無機粒子中的至少1種, 前述無機粒子中所含之無機物對波長589nm的光之折射率為1.65以上。
  19. 如申請專利範圍第17項或第18項所述之膜,其中CIE1976的L*a*b*色彩坐標系統中之L*為35~75。
  20. 如申請專利範圍第17項或第18項所述之膜,其中當厚度為3.0μm時,波長400~700nm的範圍內之平均透射率為1%以上。
  21. 如申請專利範圍第17項或第18項所述之膜,其厚度為10μm以下。
  22. 一種硬化膜,其係將申請專利範圍第17項至第21項中任一項所述之膜進行硬化而得到。
  23. 一種光學感測器,其具有申請專利範圍第22項所述之硬化膜。
  24. 一種膜的製造方法,其包括如下製程: 將申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之組成物經由具有圖案之遮罩進行曝光之製程;及 對經曝光之前述組成物進行顯影而形成圖案之製程。
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