WO2014058018A1 - 無機酸化物被膜形成用塗布液、無機酸化物被膜、及び表示デバイス - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a coating liquid for forming a metal oxide film suitable for forming a patternable metal oxide film, a metal oxide film obtained from the coating liquid, and a display device comprising the metal oxide film About.
- the touch panel which can perform input operation using the display of a display is performed actively.
- an input unit such as a push-down switch is not necessary, and the display screen can be enlarged.
- the touch panel detects a contact position of an operation area touched by a finger or a pen. Using this function, the touch panel is used as an input device.
- the contact position detection method includes a resistance film method and a capacitance method.
- the resistive film method uses two opposing substrates, whereas the capacitive method allows a single substrate to be used. For this reason, according to the electrostatic capacity method, a thin touch panel can be configured and is suitable for a portable device or the like, so that development has been actively promoted in recent years.
- the touch panel is incorporated in a display device such as a liquid crystal display device and is used as a display device with a touch panel function capable of detecting a touch position. Since a person who operates the touch panel visually recognizes the display device through the touch panel, a member having excellent light transmission characteristics is used for the transparent electrode. For example, an inorganic material such as ITO (Indium Tin Oxide) is used. As the interlayer insulating film, patterning is possible, and an insulating acrylic material or the like is used.
- an insulating film layer (OC2) is disposed on the electrode, and an organic acrylic resin is also used in this portion.
- O2 When forming an organic acrylic resin into a film, it is generally patterned by photolithography.
- This OC2 is intended to protect the transparent electrode, but since the organic material is a thin film, the hardness as a protective film is not sufficient.
- Adhesiveness with a transparent electrode such as ITO is also weak, which is a cause of lowering the reliability of the touch panel.
- a metal oxide film containing an inorganic material as a component has been studied. In the case of a film containing an inorganic material as a component, the hardness is generally high, and high reliability can be expected as an electrode protective film for a touch panel.
- a metal oxide film containing an inorganic material as a component is difficult to form by the above patterning.
- the objective of this invention is providing the coating liquid for metal oxide film formation suitable for forming the metal oxide film which can be patterned.
- Another object of the present invention is to provide a metal oxide film that is formed by such a method and has excellent reliability, and a display element that has the metal oxide film and has high reliability.
- the inventors applied a composition in which a metal alkoxide containing a double bond and a photosensitive polymer containing a photopolymerization initiator were added to a metal oxide coating.
- the present invention was completed by finding that the problem can be solved by using the solution. That is, the gist of the present invention is as follows. (1) A coating solution for forming a metal oxide film, comprising a metal alkoxide containing a double bond in its structure and a photosensitive polymer containing a photopolymerization initiator. (2) The coating liquid for forming a metal oxide film according to the above (1), wherein a polymerization initiator is introduced into the photosensitive polymer via a covalent bond.
- N represents an integer of 2 to 5.
- R 2 m Si (OR 3 ) 4-m (II) R 2 is an organic group selected from a vinyl group, a styryl group, a phenyl group, a naphthyl group, and an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms substituted with an acryl group, a methacryl group or an aryl group.
- R 3 is a carbon group. Represents an alkyl group or an acetyl group of the number 1 to 5.
- M 2 (X) k or M 2 oxalate (III) M 2 represents at least one metal selected from the group consisting of aluminum, indium, zinc, zirconium, bismuth, lanthanum, tantalum, yttrium and cerium.
- X represents hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, sulfamic acid, Represents a residue of sulfonic acid, acetoacetic acid or acetylacetonate, or a basic salt thereof
- k represents the valence of M 2 )
- R 4 represents at least one metal selected from the group consisting of silicon, titanium, tantalum, zirconium, boron, aluminum, magnesium and zinc.
- R 4 may be substituted with a hydrogen atom or a fluorine atom,
- the carbon atom may be substituted with a halogen atom, vinyl group, glycidoxy group, mercapto group, methacryloxy group, acryloxy group, isocyanate group, amino group or ureido group, and may have a hetero atom.
- R 5 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- p represents an integer of 2 to 5
- l is 1 or 2 when p is 3
- p (If is 4, it is an integer from 1 to 3, and if p is 5, it is an integer from 1 to 4.)
- the precipitation inhibitor is at least one selected from the group consisting of N-methyl-pyrrolidone, ethylene glycol, dimethylformamide, dimethylacetamide, diethylene glycol, propylene glycol, hexylene glycol, and derivatives thereof.
- the ratio of the number of moles of metal atoms (M 2 ) in the metal salt to the total number of moles (M) of metal atoms in the metal alkoxide is 0.01 ⁇ M 2 /M ⁇ 0.7, (3)
- the metal salt is metal nitrate, metal sulfate, metal acetate, metal chloride, metal oxalate, metal sulfamate, metal sulfonate, metal acetoacetate, metal acetylacetonate or a base thereof.
- the first metal alkoxide is a mixture of silicon alkoxide or a partial condensate thereof and titanium alkoxide, and the organic solvent contains an alkylene glycol or a monoether derivative thereof (3) to (10)
- the coating solution for forming a metal oxide film according to any one of the above (12) A metal oxide film obtained by using the coating liquid for forming a metal oxide film according to any one of (1) to (11).
- a display device comprising the metal oxide film according to (12) or (13).
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention can produce a highly reliable metal oxide film. Moreover, a highly reliable display device is provided by providing the obtained metal oxide film.
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention contains a metal alkoxide containing a double bond in its structure and a photosensitive polymer containing a photopolymerization initiator.
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention is represented by the first metal alkoxide represented by the following formula (I), the second metal alkoxide represented by the following formula (II), and the following formula (III).
- M 1 (OR 1 ) n (I) M 1 represents at least one metal selected from the group consisting of silicon, titanium, tantalum, zirconium, boron, aluminum, magnesium and zinc.
- R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an acetoxy group.
- N represents an integer of 2 to 5.
- R 2 m Si (OR 3 ) 4-m (II) R 2 is an organic group selected from a vinyl group, a styryl group, a phenyl group, a naphthyl group, and an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms substituted with an acryl group, a methacryl group or an aryl group.
- R 3 is a carbon group.
- M 2 represents at least one metal selected from the group consisting of aluminum, indium, zinc, zirconium, bismuth, lanthanum, tantalum, yttrium and cerium.
- X represents hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, sulfamic acid, Represents a residue of sulfonic acid, acetoacetic acid or acetylacetonate, or a basic salt thereof, k represents the valence of M 2 )
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention contains a first metal alkoxide represented by the following formula (I).
- M 1 (OR 1 ) n (I) M 1 , R 1 , and n are as defined above.
- M 1 is preferably silicon, titanium, zirconium, or aluminum, and particularly preferably silicon or titanium.
- N is preferably 3 or 4.
- R ′ represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an acetyl group.
- examples of the silicon alkoxide include tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, and tetraacetoxysilane.
- one or a mixture or a partial condensate (preferably 5 amounts) of the compound represented by the general formula (VI) Body or less) is used.
- Ti (OR ") 4 (VI) (R ′′ represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.)
- R ′′ represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
- the metal alkoxide represented by the formula (VI) specifically, as titanium alkoxide, a titanium tetraalkoxide compound such as titanium tetraethoxide, titanium tetrapropoxide, titanium tetrabutoxide, or a portion such as titanium tetra-n-butoxide tetramer A condensate or the like is used.
- metal alkoxide represented by the formula (I) include zirconium tetraalkoxide compounds such as zirconium tetraethoxide, zirconium tetrapropoxide, zirconium tetrabutoxide; aluminum tributoxide, aluminum triisopropoxide, aluminum triethoxide And aluminum trialkoxide compounds such as tantalum pentapropoxide and tantalum pentaalkoxide compounds such as tantalum pentataboxide.
- zirconium tetraalkoxide compounds such as zirconium tetraethoxide, zirconium tetrapropoxide, zirconium tetrabutoxide
- aluminum tributoxide aluminum triisopropoxide
- aluminum trialkoxide compounds such as tantalum pentapropoxide and tantalum pentaalkoxide compounds such as tantalum pentataboxide.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention preferably contains a second metal alkoxide represented by the following formula (II).
- R 2 is an organic group selected from a vinyl group, a styryl group, a phenyl group, a naphthyl group, and an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms substituted with an acryl group, a methacryl group, or an aryl group.
- R 3 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an acetyl group.
- m is an integer of 1 to 3.
- a phenyl group, a naphthyl group, or an aryl group all have an aromatic ring, and the aromatic ring has a double bond in its structure, and thus is a group having a double bond.
- the metal alkoxide represented by the formula (II) include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, styryltrimethoxysilane, styryltriethoxysilane, styryltripropoxysilane, phenyltrimethoxysilane, Phenyltriethoxysilane, phenyltriacetoxysilane, styryltrimethoxysilane, styryltriethoxysilane, acryloxypropyltrimethoxysilane, acryloxypropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropyltrie
- a third metal alkoxide represented by the following formula (IV) together with the first metal alkoxide.
- R 4 l M 3 (OR 5 ) p-l (IV) M 3 , R 2 , R 3 , and p are as defined above.
- M 3 is preferably silicon, titanium, zirconium or aluminum, and particularly preferably silicon or titanium.
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention when the metal oxide film is formed on a film made of an organic material such as an acrylic material by including the second and third metal alkoxides, the coating film The difference in thermal stretchability between the organic film and the organic film is alleviated. As a result, even if a metal oxide film is formed on the organic film, it is possible to prevent the metal oxide film from cracking.
- an organic film made of an acrylic material is used for the above-described interlayer insulating film, and a metal oxide film may be formed thereon. Can be prevented.
- the content of the second metal alkoxide is preferably 25 mol% or more and more preferably 30 mol% or more with respect to the total amount of metal alkoxide contained in the coating solution for forming a metal oxide film.
- the content of the second metal alkoxide is less than 25 mol%, the compatibility with the photosensitive polymer containing the photopolymerization initiator to be added is poor, and the film is whitened or formed into a patterning property.
- the second metal alkoxide is used in the coating solution for forming a metal oxide film according to the present invention, a phenomenon such that the metal alkoxide is contained in the coating solution for forming a metal oxide film according to the present invention occurs.
- the total content is preferably 0.5 to 20% by weight, more preferably 1 to 15% by weight.
- this ratio is large, the storage stability of the coating solution for forming a metal oxide film is deteriorated, and it becomes difficult to control the film thickness of the metal oxide film.
- it is small the thickness of the obtained metal oxide film becomes thin, and many times of application are required to obtain a predetermined film thickness.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention contains other metal alkoxides as long as the effects of the present invention are not impaired. Is also possible.
- the metal salt contained in the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention is represented by the following formula (III).
- M 2 , X, and k are as defined above.
- M 2 is preferably aluminum, indium, cerium or zirconium (X is preferably a residue of hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, sulfonic acid, acetoacetic acid or acetylacetonate, or a basic salt thereof.
- Each acid residue in X is, for example, nitric acid is also called a nitrate radical, and sulfuric acid is also called a sulfate radical, and the amount thereof is included so as to be equivalent to the valence of M 2 .
- metal salts represented by the formula (III) nitrates, chloride salts, oxalates or basic salts thereof are particularly preferable.
- aluminum, indium, or cerium nitrate is more preferable from the viewpoint of availability and storage stability of the coating solution for forming a metal oxide film.
- the content of the metal salt contained in the coating solution for forming a metal oxide film is the total content of the total number of metal atoms (M) constituting the metal alkoxide and the number of moles of metal atoms (M 2 ) of the metal salt.
- the ratio is preferably a ratio (molar ratio) that satisfies the following. 0.01 ⁇ M 2 /M ⁇ 0.7 If this ratio is less than 0.01, the mechanical strength of the resulting coating is not sufficient, which is not preferable. On the other hand, when it exceeds 0.7, the adhesion of the coating film to a substrate such as a glass substrate or a transparent electrode is lowered. Furthermore, when fired at a low temperature of 450 ° C. or lower, the chemical resistance of the resulting metal oxide film tends to be lowered. In particular, this ratio is more preferably 0.01 to 0.6.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention contains an organic solvent.
- the organic solvent is used to improve the coating property by adjusting the viscosity of the coating solution for forming a metal oxide film when the coating film is formed from the coating solution for forming a metal oxide film to obtain a metal oxide film. It is.
- the content of the organic solvent in the coating solution for forming a metal oxide film is preferably 80 to 99.5% by weight, based on the total metal alkoxide contained in the coating solution for forming a metal oxide film, and 85 to 99. Weight percent is more preferred.
- the content of the organic solvent is small, the thickness of the obtained metal oxide film becomes thin, and many coatings are required to obtain a predetermined film thickness.
- the amount is large, the storage stability of the coating liquid for forming a metal oxide film is deteriorated, and it is difficult to control the film thickness of the metal oxide film.
- Examples of the organic solvent used in the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, 2-methyl-1-propanol and 2-methyl-2-propanol; ethyl acetate Esters such as ethylene glycol, or ester derivatives thereof; ethers such as diethyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone; aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene. These are used alone or in combination.
- alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, 2-methyl-1-propanol and 2-methyl-2-propanol
- ethyl acetate Esters such as ethylene glycol, or ester derivatives thereof
- ethers such as diethyl ether
- ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohex
- alkylene glycols or monoethers contained in an organic solvent examples include ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, hexylene glycol, or the like. Monomethyl, monoethyl, monopropyl, monobutyl or monophenyl ether.
- the stability of the titanium alkoxide is small.
- the storage stability of the coating liquid for forming a metal oxide film is deteriorated.
- all of the organic solvents used in the coating solution for forming a metal oxide film may be the above-described glycols or monoethers thereof.
- the coating liquid for forming a metal oxide film does not contain titanium alkoxide, it is not necessary to contain the glycol and / or its monoether described above.
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention preferably contains a precipitation inhibitor.
- the precipitation inhibitor in the present invention refers to an organic solvent having a function of preventing the metal salt from being precipitated in the coating film when the coating film is formed from the coating solution for forming a metal oxide film.
- the precipitation inhibitor include N-methyl-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol or hexylene glycol, or derivatives thereof. Of these, N-methyl-pyrrolidone, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, hexylene glycol or derivatives thereof are more preferable. At least one kind of precipitation inhibitor can be used.
- the content of the precipitation inhibitor in the coating solution for forming a metal oxide film is preferably used in a ratio (weight ratio) satisfying the following when the metal of the metal salt is converted into a metal oxide. (Precipitation inhibitor / metal oxide) ⁇ 1 When the ratio is less than 1, the effect of preventing precipitation of the metal salt at the time of film formation is reduced. On the other hand, the use of a large amount of a precipitation inhibitor does not affect the coating solution for forming a metal oxide film, but is preferably 200 or less.
- a metal alkoxide particularly silicon alkoxide, titanium alkoxide, or silicon alkoxide and titanium alkoxide may be added during hydrolysis / condensation reaction in the presence of a metal salt. It may be added after completion of the condensation reaction.
- the photosensitive polymer contained in the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention is a polymer containing an organic group soluble in alkali and a polymerizable group.
- the polymer include polymers obtained by copolymerization using monomers having an unsaturated double bond such as acrylic acid ester, methacrylic acid ester, acrylamide, methacrylamide, and styrene.
- the alkali-soluble organic group include an organic group having a carboxyl group, a phenolic hydroxyl group, an acid anhydride group, and a maleimide group.
- Examples of the organic group having a carboxyl group include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, mono- (2- (acryloyloxy) ethyl) phthalate, mono- (2- (methacryloyloxy) ethyl) phthalate, and N- (carboxyl. Phenyl) maleimide, N- (carboxyphenyl) methacrylamide, N- (carboxyphenyl) acrylamide, 4-vinylbenzoic acid and the like.
- Examples of the organic group having a phenolic hydroxyl group include hydroxystyrene, N- (hydroxyphenyl) acrylamide, N- (hydroxyphenyl) methacrylamide, N- (hydroxyphenyl) maleimide and the like.
- Examples of the organic group having an acid anhydride group include maleic anhydride and itaconic anhydride.
- Examples of the organic group having a maleimide group include maleimide.
- polymerizable group examples include, but are not limited to, an acrylate group, a methacrylate group, a vinyl group, and an allyl group.
- specific examples of such compounds include dipentaerythritol hexaacrylate, dipentaerythritol hexamethacrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, dipentaerythritol pentamethacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, pentaerythritol tetramethacrylate, pentaerythritol triacrylate, penta Erythritol trimethacrylate, pentaerythritol diacrylate, pentaerythritol dimethacrylate, tetramethylolpropane tetraacrylate, tetramethylolpropane tetramethacrylate, tetramethylolmethane te
- Photopolymerization initiator If the photoinitiator contained in the photosensitive polymer in the coating liquid for inorganic oxide film formation of this invention produces a radical by exposure, there will be no restriction
- Specific examples include aromatic ketones such as benzophenone, Michler ketone, 4,4′-bisdiethylaminobenzophenone, 4-methoxy-4′-dimethylaminobenzophenone, 2-ethylanthraquinone, phenanthrene, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, Benzoin ethers such as benzoinphenyl ether, benzoin such as methylbenzoin and ethylbenzoin, 2- (o-chlorophenyl) -4,5-phenylimidazole dimer, 2- (o-chlorophenyl) -4,5-di ( m-methoxyphenyl) imidazole dimer, 2- (o-fluorophenyl)
- the above-mentioned photopolymerization initiator can be easily obtained as a commercial product.
- Specific examples thereof include IRGACURE173, IRGACURE ⁇ 500, IRGACURE 2959, IRGACURE 754, IRGACURE 907, IRGACURE 369, IRGACURE 1300, IRGACURE ⁇ 819, 819DW, IRGACURE 1880, IRGACURE 1870, DAROCURE TPO, DAROCURE 4265, IRGACURE OXE01, IRGACURE OXE01, IRGACURE OXE02, IRGACURE KURE-KURECURE DEX Q (above, Nippon Kayaku Co., Ltd.), TAZ-101, TAZ-102, TAZ-103, TAZ-104, TAZ-106, TAZ-107, TAZ-108, TAZ-110, TAZ-113, TAZ-114 , TAZ-118, TAZ-122, TAZ-123, TAZ-140, TAZ-204 (manufacture
- photopolymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.
- the inorganic oxide film of the present invention depends on the type and amount of the photopolymerization initiator. There may be a problem in the storage stability of the forming coating solution. Therefore, it is more preferable that these photopolymerization initiators are introduced into the photosensitive polymer via a covalent bond.
- the photopolymerization initiator contains a skeleton of a photopolymerization initiator (hereinafter, such a photopolymer is also referred to as a polymer with an initiating function)
- the initiating function polymer to be added is based on the metal solid content.
- the content is preferably 20% by weight or more, and more preferably 30% by weight or more. When it is less than 20% by mass, sufficient patterning property cannot be obtained.
- inorganic fine particles for example, silica fine particles, alumina fine particles, titania fine particles, and magnesium fluoride fine particles are preferable, and a colloid solution of these inorganic fine particles is particularly preferable.
- This colloidal solution may be a dispersion of inorganic fine particle powder in a dispersion medium or a commercially available colloidal solution.
- the inclusion of inorganic fine particles makes it possible to impart the surface shape of the formed cured film and other functions.
- the inorganic fine particles preferably have an average particle size of 0.001 to 0.2 ⁇ m, more preferably 0.001 to 0.1 ⁇ m. When the average particle diameter of the inorganic fine particles exceeds 0.2 ⁇ m, the transparency of the cured film formed using the prepared coating liquid may be lowered.
- the dispersion medium for the inorganic fine particles include water and organic solvents.
- the pH or pKa is preferably adjusted to 1 to 10, more preferably 2 to 7, from the viewpoint of the stability of the coating solution for film formation.
- Organic solvents used for the dispersion medium of the colloidal solution include methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, ethylene Alcohols such as glycol monopropyl ether; ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; amides such as dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; ethyl acetate and butyl acetate And esters such as ⁇ -butyrolactone; ethers such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. Of these, alcohols and ketones are preferred. These organic solvents can be used alone or in admixture of two or more as
- the solid content concentration in the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention is preferably in the range of 0.5 to 20% by weight when the above metal alkoxide and metal salt are converted as metal oxides.
- the solid content exceeds 20% by weight, the storage stability of the coating liquid for forming a metal oxide film is deteriorated, and the film thickness control of the metal oxide film becomes difficult.
- the solid content is less than 0.5% by weight, the resulting metal oxide film is thin, and many coatings are necessary to obtain a predetermined film thickness.
- the solid content concentration is more preferably 1 to 15% by weight.
- a metal alkoxide containing the first metal alkoxide and the second metal alkoxide is hydrolyzed in the presence of the metal salt to obtain a condensate.
- the amount of water is preferably 2 to 24 moles relative to the total moles of the first and second metal alkoxides.
- the metal alkoxide is insufficiently hydrolyzed to reduce the film formability or the metal obtained It is not preferable because the strength of the oxide film is reduced, and when the ratio is more than 24, the polycondensation continues to proceed and the storage stability is decreased. 2 to 20 is more preferable.
- the metal salt contained in the coating solution for forming a metal oxide film is a hydrate salt
- the amount of water contained in the coating solution for forming a metal oxide film because the moisture content is involved in the hydrolysis reaction. Therefore, it is necessary to consider the moisture content of this metal salt.
- the coexisting metal salt is a hydrated salt of an aluminum salt, it is necessary to consider the moisture content of the aluminum salt with respect to the amount of water used for hydrolysis because the moisture content is involved in the reaction.
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention can form a metal oxide film suitable for a touch panel.
- This metal oxide film is a metal oxide film containing a metal oxide that is an inorganic substance as a main component, and has a higher strength than a film of an organic material such as an acrylic material.
- the metal oxide film of the present invention has almost no thermal stretchability, cracks do not occur even when an inorganic material is applied to the upper electrode protective layer.
- the metal oxide film obtained using the metal oxide film coating solution of the present invention is an insulating material used for the X-axis and Y-axis bridge portions of the capacitive touch panel. It can be applied to layers.
- the control of the refractive index of the metal oxide film of the present invention can be realized by controlling the composition of the coating solution for forming a metal oxide film. That is, the metal oxide film in the present invention is produced by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide contained in the coating solution for forming the metal oxide film, and by selecting the composition of the metal alkoxide.
- the refractive index of the metal oxide film to be formed can be adjusted within a predetermined range. For example, when silicon alkoxide and titanium alkoxide are selected as the metal alkoxide, by adjusting the mixing ratio thereof, within a predetermined range described below, specifically within a range of about 1.45 to 2.1, It is possible to adjust the refractive index of the resulting metal oxide film.
- the refractive index of the metal oxide film is preferably 1.50 to 1.70. That is, when a required refractive index is determined for a metal oxide film formed after applying a coating liquid for forming a metal oxide film, preferably after drying and firing, the refractive index is determined. It is possible to determine the composition molar ratio of a metal alkoxide, for example, a silicon alkoxide and a titanium alkoxide so as to realize the above.
- the refractive index of the metal oxide film from the coating liquid for forming a metal oxide film obtained by hydrolyzing only silicon alkoxide is about 1.45.
- the refractive index of the metal oxide film from the coating liquid for forming a metal oxide film obtained by hydrolyzing only titanium alkoxide is about 2.1. Therefore, when it is desired to set the refractive index of the metal oxide film to a specific value between about 1.45 and 2.1, silicon alkoxide and titanium alkoxide are used at a predetermined ratio so as to realize the refractive index value. Thus, a coating solution for forming a metal oxide film can be produced. Also, the refractive index of the obtained metal oxide film can be adjusted by using other metal alkoxides.
- the refractive index of the metal oxide film in the present invention can be adjusted by selecting film forming conditions in addition to the composition conditions. By doing so, it is possible to realize a high hardness of the metal oxide film and a desired refractive index value.
- the refractive index is preferably in the range of 1.50 to 1.70, preferably 1.52 to 1.70. More preferably, it is controlled to be within the range.
- the refractive index control method can be realized by controlling the component composition of the coating liquid for forming a metal oxide film and also by controlling the film forming method.
- the coating solution for forming a metal oxide film contains a titanium alkoxide component
- it has a property that the viscosity gradually increases under storage at room temperature.
- careful control over temperature and the like is preferable when the thickness of the metal oxide film is precisely controlled.
- Such an increase in viscosity becomes more significant as the composition ratio of titanium alkoxide in the coating solution for forming a metal oxide film increases. This is presumably because titanium alkoxide has a higher hydrolysis rate than silicon alkoxide and the like, and the condensation reaction is fast.
- the coating solution for forming a metal oxide film contains a titanium alkoxide component
- the following two production methods (1) or (2) are preferred in order to reduce the viscosity change.
- Production method (1) When hydrolyzing titanium alkoxide in the presence of a metal salt, after sufficiently mixing glycols and titanium alkoxide in advance, if necessary, mixed with silicon alkoxide and hydrolyzing in the presence of an organic solvent. To do. By doing so, a coating solution for forming a metal oxide film having a small viscosity change can be obtained.
- This method is effective because when the titanium alkoxide is mixed with glycols, heat is generated, so transesterification occurs between the alkoxy group of the titanium alkoxide and the glycols, and is stable against hydrolysis and condensation reactions.
- a silicon alkoxide is preliminarily hydrolyzed in the presence of a metal salt and then mixed with a titanium alkoxide solution mixed with glycols to perform a condensation reaction to obtain a coating solution for forming a metal oxide film. By doing so, a coating solution for forming a metal oxide film having a small viscosity change can be obtained.
- This production method is effective because of the following reasons. That is, the hydrolysis reaction of silicon alkoxide is performed at a high rate, but the subsequent condensation reaction is slower than titanium alkoxide. Therefore, when titanium alkoxide is added quickly after finishing the hydrolysis reaction, the silanol group of the hydrolyzed silicon alkoxide and the titanium alkoxide react uniformly. Thereby, it is thought that the hydrolyzed silicon alkoxide stabilizes the condensation reactivity of titanium alkoxide. Attempts have already been made to mix pre-hydrolyzed silicon alkoxide and titanium alkoxide. However, when the organic solvent used for the reaction does not contain glycols, a coating solution for forming a metal oxide film excellent in storage stability cannot be obtained. The method shown in (2) is also useful when obtaining a coating solution for forming a metal oxide film from another metal alkoxide having a high hydrolysis rate and silicon alkoxide.
- the coating solution for a metal oxide film of the present invention can be formed into a metal oxide film of the present invention by applying a commonly applied coating method to form a coating film.
- coating methods include dip coating, spin coating, spray coating, flow coating, brush coating, bar coating, gravure coating, roll transfer, blade coating, air knife coating, and slit coating.
- Method, screen printing method, ink jet method, flexographic printing method and the like are used.
- the metal oxide film of the present invention can be obtained by drying and baking the coating film formed on the substrate.
- the drying step is preferably in the temperature range of room temperature to 150 ° C, and more preferably in the range of 40 to 120 ° C.
- the time is preferably about 30 seconds to 10 minutes, more preferably about 1 to 8 minutes.
- a drying method it is preferable to use a hot plate, a hot air circulating oven, or the like.
- the polymer having an initiating function when the dried film is exposed to light containing an ultraviolet region within a range that retains the solubility in the developer, the polymer having an initiating function generates a radical, and the substituent introduced into the polymer and the inorganic film. As the polymerization reaction is accelerated, the dry film in the exposed area is selectively insolubilized.
- a light source including a wavelength of 180 nm or more and 400 nm or less is commercially available and is preferable because it is easily available. Examples of the light source include a mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, and an excimer lamp.
- the irradiation amount can be appropriately selected as necessary, but is preferably 100 to 10,000 mJ / cm 2 in terms of wavelength 365 nm, and more preferably 150 to 8,000 mJ / cm 2 .
- the developer used in the present invention is for etching a metal oxide film. Therefore, it is preferable to use a basic compound solution or an acidic compound solution.
- the basic compound solution include aqueous solutions of alkali metals, quaternary ammonium hydroxides, silicates, phosphates, acetates, amines, and the like. Specific examples include sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, trimethylbenzylammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, sodium silicate, sodium phosphate, sodium acetate, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, etc.
- An aqueous solution of The acidic compound solution is preferably an aqueous solution of an inorganic acid such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid or phosphoric acid, or an organic acid such as formic acid or acetic acid.
- the amount of the basic compound or acidic compound relative to the amount of water is preferably such an amount that a sufficient difference in solubility occurs between the exposed portion and the unexposed portion.
- the firing step is preferably in the temperature range of 100 to 300 ° C., more preferably in the range of 150 to 250 ° C., taking into consideration the heat resistance of the other components of the touch panel. Further, the time is preferably 5 minutes or more, and more preferably 15 minutes or more.
- a baking method it is preferable to use a hot plate, a thermal circulation oven, an infrared oven, or the like.
- a separate ultraviolet irradiation step may be performed between the patterning step and the baking step. In the case of performing ultraviolet irradiation, the refractive index of the metal oxide film can be adjusted by selecting the irradiation amount.
- a high-pressure mercury lamp when ultraviolet irradiation is necessary to obtain a desired refractive index, for example, a high-pressure mercury lamp can be used. In 365nm terms when using a high-pressure mercury lamp, total light irradiation 1000 mJ / cm 2 or more dose are preferred and the dose of 3000mJ / cm 2 ⁇ 10000mJ / cm 2 is more preferable.
- an ultraviolet light source in addition to a high-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, an excimer lamp, or the like can be used.
- an ultraviolet irradiation process can also be performed between a drying process and a baking process.
- TEOS Tetraethoxysilane
- ACPS Acryloxypropyltrimethoxysilane
- MPMS Methacryloxypropyltrimethoxysilane
- StTMS Styryltrimethoxysilane
- TTE Tetraethoxytitanium
- TIPT Tetraisopropoxytitanium
- EG Ethylene glycol
- HG 2-methyl-2,4-pentanediol (also known as hexylene glycol)
- BCS 2-butoxyethanol (also known as butyl cellosolve)
- PGME Propylene glycol monomethyl ether EtOH: Ethanol
- ⁇ Synthesis Example 1> ⁇ A1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG13.4g, HG38.3g, BCS36.4g, TEOS15.5g and MPMS18.5g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ A2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 57.5 g of HG were added and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ A1 liquid> and ⁇ A2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K1).
- ⁇ Synthesis Example 4> ⁇ B1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG13.5g, HG38.6g, BCS36.7g, TEOS15.5g and ACPS17.5g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ B2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 57.9 g of HG were added and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ B1 liquid> and ⁇ B2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K4).
- ⁇ Synthesis Example 5> ⁇ C1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG13.6g, HG38.8g, BCS36.8g, TEOS15.5g and StTMS16.8g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ C2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 58.2 g of HG were put and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ C1 liquid> and ⁇ C2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K5). 50.0 g of this solution K5 was measured, and 98.5 g of PGME and 1.5 g of polymer UV-H4000 with a start function (manufactured by KSM) were added thereto to obtain a solution (KL5).
- K6 Distilled off to obtain 200 g of solution (K6). 50.0 g of this solution K6 was weighed out, and 97.0 g of PGME and 3.0 g of polymer UV-H4000 with a start function (manufactured by KSM) were added thereto to obtain a solution (KL6).
- ⁇ Synthesis Example 8> ⁇ D1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG13.7g, HG39.1g, BCS37.1g, and TEOS31.1g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ D2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 58.6 g of HG were put and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ D1 liquid> and ⁇ D2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K7). 50.0 g of this solution K7 was weighed, and 97.0 g of PGME and 3.0 g of polymer UV-H4000 with a start function (manufactured by KSM) were added thereto to obtain a solution (KM2).
- ⁇ Synthesis Example 10> ⁇ F1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG13.5g, HG38.6g, BCS36.7g, TEOS21.7g and MPMS11.1g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ F2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 57.9 g of HG were added and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ F1 liquid> and ⁇ F2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K9).
- ⁇ Film formation method The solution of the example was filtered under pressure through a membrane filter having a pore size of 0.5 ⁇ m, and applied to the substrate by a spin coating method to form a film. The substrate was dried on a hot plate at 80 ° C. for 3 minutes.
- ⁇ Patterning test> A film was formed on a Cr-deposited glass substrate by the above-described film forming method. Next, Cr vapor-deposited glass was placed on the half of the substrate so that a portion exposed to ultraviolet rays and a portion not exposed were formed. This was irradiated for 2 seconds at 50 mW / cm 2 (converted to a wavelength of 365 nm) using a high-pressure mercury lamp (input power supply 1000 W) using an ultraviolet irradiation device (UB Graphics, UB 011-3A type). (The integrated irradiation light quantity is 100 mJ / cm 2.
- the film surface was immersed in a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution for 30 seconds, and then an excessive water droplet was blown off by air blow, and the film surface was visually observed.
- 0 in which no film is completely in the plane 1 in which only a small amount of the edge portion remains, 2 in which only a small amount of film remains in the plane, and a certain amount of film remaining in the plane Evaluation was made with 3 being slightly altered only on the film surface and 4 being not changed at all.
- ⁇ Membrane state> A film was formed on a Cr-deposited glass substrate by the above-described film forming method. This substrate was observed visually, and a film that was uniformly formed was marked with ⁇ , and a whitened film was marked with x.
- ⁇ Refractive index> A silicon substrate (100) was used as the substrate, and the solutions of the examples were filtered under pressure through a membrane filter having a pore size of 0.5 ⁇ m, and a film was formed on the substrate by spin coating.
- the substrate was dried on a hot plate at 80 ° C. for 3 minutes. Then, using a high-pressure mercury lamp (input power supply 1000 W) with an ultraviolet irradiation device (produced by Eye Graphics, UB 011-3A type), 50 mW / cm 2 (wavelength 365 nm conversion) for 2 seconds (integrated 100 mJ / cm) 2 ) Each was irradiated and baked in a hot air circulating oven at 230 ° C. for 30 minutes to form a film.
- the refractive index at a wavelength of 633 nm was measured with an ellipsometer (DVA-FLVW, manufactured by Mizoji Optical Industry Co., Ltd.). The results of the patterning test, film state, and refractive index are shown in Table 2.
- Table 1 shows that Examples 1 to 6 can obtain patterning properties and stable film states.
- Comparative Example 1 since no acrylic polymer with an initiation function (photosensitive polymer containing a photopolymerization initiator) was added, patternability was not obtained. Since Comparative Example 2 did not contain a substituent component having a double bond (metal alkoxide having a double bond), the compatibility with the acrylic polymer with an initiation function was poor, and the film was whitened. Regarding Comparative Example 3, patterning properties could not be obtained because it did not have an initiator and an initiation function.
- the coating liquid for metal oxide coating added 20% by weight or more of an acrylic polymer with a starting function to the metal solid content, and a double bond in the inorganic polymer composition as the main polymer. It has been found that a metal oxide film having a stable film state and good patternability can be obtained by containing 25 mol% or more of the substituent having the above.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention can be used for forming a highly reliable metal oxide film, and can be used as a display element, an insulating layer, etc. Is possible.
- the entire contents of the specification, claims, and abstract of Japanese Patent Application No. 2012-226156 filed on October 11, 2012 are incorporated herein as the disclosure of the specification of the present invention. Is.
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Description
タッチパネルは、指やペンなどが触れた操作領域の接触位置を検出する。この機能を利用して、タッチパネルは入力装置として用いられる。
接触位置の検出方式には、抵抗膜方式や静電容量方式などがある。抵抗膜方式は、対向する2枚の基板を用いるのに対して、静電容量方式では、使用する基板を1枚にすることができる。このため、静電容量方式によれば、薄型のタッチパネルを構成することができ、携帯機器などに好適であることから、近年盛んに開発が進められている。
そのような状況の中、無機材料を成分とする金属酸化物被膜の検討がなされている。無機材料を成分とする膜の場合、一般に硬度が高く、タッチパネルの電極保護膜として高い信頼性が期待できる。しかし、無機材料を成分とする金属酸化物被膜においては、上記のパターニングによる製膜が困難である。
また、そのような方法で形成され、信頼性に優れた金属酸化物被膜及び、該金属酸化物被膜を具備する、信頼性に優れた表示素子を提供することにある。
(1)二重結合を構造中に含有する金属アルコキシド、及び光重合開始剤を含有する感光性ポリマーを含有する、金属酸化物被膜形成用塗布液。
(2)重合開始剤が感光性ポリマー中に共有結合を介して導入されている、上記(1)に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
M1(OR1)n (I)
(M1は、珪素、チタン、タンタル、ジルコニウム、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛よりなる群から選択される少なくとも1の金属を表す。R1は、炭素数1~5のアルキル基又はアセトキシ基を表す。nは、2~5の整数を表す。)
R2 mSi(OR3)4-m (II)
(R2は、ビニル基、スチリル基、フェニル基、ナフチル基、及びアクリル基、メタクリル基若しくはアリール基で置換された炭素数1~30のアルキル基から選ばれる有機基である。R3は炭素数1~5のアルキル基又はアセチル基を表す。mは1~3の整数である。)
M2(X)k又はM2の蓚酸塩 (III)
(M2は、アルミニウム、インジウム、亜鉛、ジルコニウム、ビスマス、ランタン、タンタル、イットリウム及びセリウムよりなる群から選択される少なくとも1の金属を表す。Xは、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、スルファミン酸、スルホン酸、アセト酢酸若しくはアセチルアセトナートの残基、又はこれらの塩基性塩を表す。kは、M2の価数を表す。)
R4 lM3(OR5)p-l (IV)
(M3は、珪素、チタン、タンタル、ジルコニウム、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛よりなる群から選択される少なくとも1の金属を表す。R4は、水素原子又はフッ素原子で置換されてもよく、且つ、ハロゲン原子、ビニル基、グリシドキシ基、メルカプト基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、イソシアネート基、アミノ基又はウレイド基で置換されていてもよく、且つ、ヘテロ原子を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基を表す。R5は、炭素数1~5のアルキル基を表す。pは、2~5の整数を表し、lは、pが3の場合1又は2であり、pが4の場合1~3の整数であり、pが5の場合1~4の整数である。)
(6)光重合開始剤を含有する感光性ポリマーの含有量が、金属固形分に対して20重量%以上である、上記(1)~(5)のいずれかに記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
(7)前記析出防止剤は、N-メチル-ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール及びこれらの誘導体よりなる群から選択される少なくとも1種である、上記(1)~(6)のいずれかに記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
(8)金属塩の金属原子のモル数(M2)と、金属アルコキシドの金属原子の合計モル数(M)との比が、0.01≦M2/M ≦0.7である、上記(3)~(7)のいずれかに記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
(10)前記金属塩は、金属硝酸塩、金属硫酸塩、金属酢酸塩、金属塩化物、金属蓚酸塩、金属スルファミン酸塩、金属スルホン酸塩、金属アセト酢酸塩、金属アセチルアセトナート又はこれらの塩基性塩である、上記(3)~(9)のいずれかに記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
(11)第1の金属アルコキシドは、シリコンアルコキシド又はその部分縮合物と、チタンアルコキシドとの混合物であり、有機溶媒は、アルキレングリコール類又はそのモノエーテル誘導体を含む、上記(3)~(10)のいずれかに記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
(12)上記(1)~(11)のいずれかに記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を用いて得られる金属酸化物被膜。
(13)屈折率が1.50~1.70の範囲である、上記(1)~(11)のいずれかに記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を用いて得られる金属酸化物被膜。
(14)上記(12)又は(13)に記載の金属酸化物被膜を具備する表示デバイス。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、二重結合を構造中に含有する金属アルコキシド、及び光重合開始剤を含有する感光性ポリマーを含有することを特徴とする。
特に、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、下記式(I)で示される第1の金属アルコキシド、下記式(II)で示される第2の金属アルコキシド、下記式(III)で示される金属塩、有機溶媒、水、析出防止剤及び、光重合開始剤を含有する感光性ポリマーを含有する。
M1(OR1)n (I)
(M1は、珪素、チタン、タンタル、ジルコニウム、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛よりなる群から選択される少なくとも1の金属を表す。R1は、炭素数1~5のアルキル基又はアセトキシ基を表す。nは、2~5の整数を表す。)
R2 mSi(OR3)4-m (II)
(R2は、ビニル基、スチリル基、フェニル基、ナフチル基、及びアクリル基、メタクリル基若しくはアリール基で置換された炭素数1~30のアルキル基から選ばれる有機基である。R3は炭素数1~5のアルキル基又はアセチル基を表す。mは1~3の整数である。)
M2(X)k 又はM2の蓚酸塩 (III)
(M2は、アルミニウム、インジウム、亜鉛、ジルコニウム、ビスマス、ランタン、タンタル、イットリウム及びセリウムよりなる群から選択される少なくとも1の金属を表す。Xは、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、スルファミン酸、スルホン酸、アセト酢酸若しくはアセチルアセトナートの残基、又はこれらの塩基性塩を表す。kは、M2の価数を表す。)
以下に、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液及び該金属酸化物被膜形成用塗布液に含まれる各構成成分、ならびにそれらの好ましい態様について、詳述する。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、下記式(I)で示される第1の金属アルコキシドを含有する。
M1(OR1)n (I)
式(I)中、M1、R1、及びnは、上記に定義したとおりである。なかでも、M1は、珪素、チタン、ジルコニウム、又はアルミニウムが好ましく、特には、珪素、又はチタンが好ましい。また、nは3又は4が好ましい。
Si(OR’)4 (V)
式(V)中、R’は、炭素数1~5のアルキル基、好ましくは、炭素数1~3のアルキル基、又はアセチル基を表す。
Ti(OR”)4 (VI)
(R”は、炭素数1~5のアルキル基を表す。)
式(VI)で示される金属アルコキシドとして、具体的には、チタンアルコキシドとして、チタニウムテトラエトキシド、チタニウムテトラプロポキシド、チタニウムテトラブトキシドなどのチタニウムテトラアルコキシド化合物又はチタニウムテトラ-n-ブトキシドテトラマーなどの部分縮合物などが用いられる。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、下記式(II)で示される第2の金属アルコキシドを含有することが好ましい。
R2 mSi(OR3)4-m (II)
式(II)中、R2は、ビニル基、スチリル基、フェニル基、ナフチル基、及びアクリル基、メタクリル基若しくはアリール基で置換された炭素数1~30のアルキル基から選ばれる有機基である。R3は炭素数1~5のアルキル基又はアセチル基を表す。mは1~3の整数である。なお、フェニル基、ナフチル基又はアリール基は、いずれも芳香環を有し、芳香環はその構造中に二重結合を有するので二重結合を有する基である。
式(II)で示される金属アルコキシドの具体例としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、スチリルトリエトキシシラン、スチリルトリプロポキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリアセトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、スチリルトリエトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン等が挙げられる。これらは、単独で、又は、2種以上組み合わせて使用することができる。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液には、さらに、下記式(IV)で示される第3の金属アルコキシドを、上記第1の金属アルコキシドとともに用いることが好ましい。
R4 lM3(OR5)p-l (IV)
式(IV)中、M3、R2、R3、及びpは、上記に定義したとおりである。なかでも、M3は、珪素、チタン、ジルコニウム、又はアルミニウムが好ましく、特には、珪素、又はチタンが好ましい。
第2の金属アルコキシドの含有量が25モル%未満である場合、添加する光重合開始剤を含有する感光性ポリマーとの相溶性が悪く、製膜した際に膜が白化する、もしくはパターニング性が十分に得られないなどの現象が起こる
第2の金属アルコキシドが、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液に用いられる場合、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液に含まれる金属アルコキシドの合計の含有量は、好ましくは0.5~20重量%であり、より好ましくは1~15重量%ある。この比率が大きい場合には、金属酸化物被膜形成用塗布液の貯蔵安定性が悪くなるうえ、金属酸化物被膜の膜厚制御が困難になる。一方、小さい場合には、得られる金属酸化物被膜の厚みが薄くなり、所定の膜厚を得るために多数回の塗布が必要となる。
例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリブトキシシラン、メチルトリペントキシシラン、メチルトリアミロキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、メチルトリベンジルオキシシラン、メチルトリフェネチルオキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、αーグリシドキシエチルトリメトキシシラン、α-グリシドキシエチルトリエトキシシラン、β-グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β-グリシドキシエチルトリエトキシシラン、α-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリプロポキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリフェノキシシラン、α-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、δ-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、δ-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリブトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリフェノキシシラン、γ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、γ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、δ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシラン、δ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、α-グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、α-グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、β-グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、β-グリシドキシエチルエチルジメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β-グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジプロポキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジブトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジフェノキシシラン、γ-グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルビニルジエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリエトキシシラン、γ-クロロプロピルトリアセトキシシラン、3,3,3-トリフロロプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、β-シアノエチルトリエトキシシラン、クロロメチルトリメトキシシラン、クロロメチルトリエトキシシラン、N-(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジエトキシシラン、ジメチルジアセトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトメチルジエトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリプロポキシシラン、(R)-N-1-フェニルエチル-N’-トリエトキシシリルプロピルウレア、(R)-N-1-フェニルエチル-N’-トリメトキシシリルプロピルウレア、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ブロモプロピルトリエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシランなどを挙げることができる。これらは、単独で、又は、2種以上組み合わせて使用することができる。
また、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液には、第1の金属アルコキシド、第2の金属アルコキシドの他にも、本発明の効果を損なわない限りにおいて、その他の金属アルコキシドを含有させることも可能である。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液に含有される金属塩は、下記式(III)で示される。
M2(X)k又はM2の蓚酸塩 (III)
式(III)中、M2、X、及びkは、上記に定義したとおりである。なかでも、M2は、アルミニウム、インジウム、セリウム又はジルコニウム(が好ましい。また、Xは、塩酸、硝酸、酢酸、スルホン酸、アセト酢酸若しくはアセチルアセトナートの残基、又はそれらの塩基性塩が好ましい。上記Xにおける各酸の残基は、例えば、硝酸は硝酸根、硫酸は硫酸根とも呼ばれ、その量は、M2の価数と等価になるように含まれる。また、塩基性塩とは、上記各酸の残基中にOH基を含む場合を意味する。
式(III)で示される金属塩のうち、特に、硝酸塩、塩化物塩、蓚酸塩又はその塩基性塩が好ましい。この内、入手の容易性と、金属酸化物被膜形成用塗布液の貯蔵安定性の点から、アルミニウム、インジウム、又はセリウムの硝酸塩がより好ましい。
0.01≦M2/ M ≦0.7
この比率が0.01より小さいと、得られる被膜の機械的強度が十分でないため好ましくない。一方、0.7を越えると、ガラス基板や透明電極などの基材に対するコート膜の密着性が低下する。さらに、450℃以下の低温で焼成した場合、得られる金属酸化物被膜の耐薬品性が低下する傾向にもある。なかでも、この比率は、0.01~0.6であるのがより好ましい。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液には、有機溶媒が含有される。該有機溶媒は、金属酸化物被膜形成用塗布液からその塗膜を形成し金属酸化物被膜を得る場合、金属酸化物被膜形成用塗布液の粘度を調整し、塗布性を改善するためのものである。
金属酸化物被膜形成用塗布液中の有機溶媒の含有量は、金属酸化物被膜形成用塗布液に含まれる全金属アルコキシドに対し、80~99.5重量%であることが好ましく、85~99重量%がより好ましい。有機溶媒の含有量が少ない場合には、得られる金属酸化物被膜の厚みが薄くなり、所定の膜厚を得るために多数回の塗布が必要となる。一方、多い場合には、金属酸化物被膜形成用塗布液の貯蔵安定性が悪くなるうえ、金属酸化物被膜の膜厚の制御が困難になる。
金属酸化物被膜形成用塗布液に、チタンアルコシド成分を含む場合、有機溶媒中に含まれるアルキレングリコール類又はそのモノエーテルとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール、又はそれらのモノメチル、モノエチル、モノプロピル、モノブチル若しくはモノフェニルエーテルなどが挙げられる。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、析出防止剤を含有するのが好ましい。本発明における析出防止剤とは、金属酸化物被膜形成用塗布液から塗布被膜を形成する際に、塗膜中に金属塩が析出するのを防止する働きを持つ有機溶媒を指す。析出防止剤としては、N-メチル-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール若しくはヘキシレングリコール、又はそれらの誘導体などが挙げられる。なかでも、N-メチル-ピロリドン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール又はそれらの誘導体がより好ましい。析出防止剤は、少なくとも1種以上使用できる。
(析出防止剤/金属酸化物)≧1
上記比率が1未満であると、被膜形成時における金属塩の析出防止効果が小さくなる。一方、析出防止剤を多量に用いることは、金属酸化物被膜形成用塗布液に何ら影響を与えないが、200以下であるのが好ましい。
析出防止剤には、金属アルコキシド、特に、シリコンアルコキシド、チタンアルコキシド、又は、シリコンアルコキシドとチタンアルコキシドが、金属塩の存在下で加水分解・縮合反応する際に添加されていてもよく、加水分解・縮合反応の終了後に添加されていてもよい。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液に含有される感光性ポリマーは、アルカリに可溶な有機基及び、重合性基を含有するポリマーである。
ポリマーとしては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン等の不飽和二重結合を有するモノマーを用いて共重合して得られるポリマーが挙げ挙げられる。
アルカリに可溶な有機基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、酸無水物基、マレイミド基を有する有機基などが挙げられる。
カルボキシル基を有する有機基としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、モノ-(2-(アクリロイルオキシ)エチル)フタレート、モノ-(2-(メタクリロイルオキシ)エチル)フタレート、N-(カルボキシフェニル)マレイミド、N-(カルボキシフェニル)メタクリルアミド、N-(カルボキシフェニル)アクリルアミド、4ビニル安息香酸等が挙げられる。
フェノール性水酸基を有する有機基としては、例えば、ヒドロキシスチレン、N-(ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、N-(ヒドロキシフェニル)メタクリルアミド、N-(ヒドロキシフェニル)マレイミド等が挙げられる。
酸無水物基を有する有機基としては、例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸等が挙げられる。
マレイミド基を有する有機基としては、例えば、マレイミドが挙げられる。
このような化合物の具体例としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、テトラメチロールプロパンテトラアクリレート、テトラメチロールプロパンテトラメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,3,5-トリアクリロイルヘキサヒドロ―S―トリアジン、1,3,5-トリメタクリロイルヘキサヒドロ-S-トリアジン、トリス(ヒドロキシエチルアクリロイル)イソシアヌレート、トリス(ヒドロキシエチルメタクリロイル)イソシアヌレート、トリアクリロイルホルマール、トリメタクリロイルホルマール、1,6-ヘキサンジオールアクリレート、1,6-ヘキサンジオールメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、エタンジオールジアクリレート、エタンジオールジメタクリレート、2-ヒドロキシプロパンジオールジアクリレート、2-ヒドロキシプロパンジオールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、イソプロピレングリコールジアクリレート、イソプロピレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、N,N‘-ビス(アクリロイル)システイン、N,N‘-ビス(メタクリロイル)システイン、チオジグリコールジアクリレート、チオジグリコールジメタクリレート、ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールAジメタクリレート、ビスフェノールFジアクリレート、ビスフェノールFジメタクリレート、ビスフェノールSジアクリレート、ビスフェノールSジメタクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジアクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジメタクリレート、ジアリルエーテルビスフェノールA、o―ジアリルビスフェノールA、マレイン酸ジアリル、トリアリルトリメリテート等が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の無機酸化物被膜形成用塗布液中、感光性ポリマーに含有される光重合開始剤は、露光によりラジカルを発生するものであれば特に制限はない。具体例としては、例えばベンゾフェノン、ミヒラーケトン、4,4’-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、4-メトキシ-4’-ジメチルアミノベンゾフェノン、2-エチルアントラキノン、フェナントレン等の芳香族ケトン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル等のベンゾインエーテル類、メチルベンゾイン、エチルベンゾイン等のベンゾイン、2-(o-クロロフェニル)-4,5-フェニルイミダゾール2量体、2-(o-クロロフェニル)-4,5-ジ(m-メトキシフェニル)イミダゾール2量体、2-(o-フルオロフェニル)-4,5-ジフェニルイミダゾール2量体、2-(o-メトキシフェニル)-4,5-ジフェニルイミダゾール2量体、2,4,5-トリアリールイミダゾール2量体、2-(o-クロロフェニル)-4,5-ジ(m-メチルフェニル)イミダゾール2量体、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン、2-トリクロロメチル-5-スチリル-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-(p-シアノスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-(p-メトキシスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール等のハロメチルオキサジアゾール化合物、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-p-メトキシスチリル-S-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(1-p-ジメチルアミノフェニル-1,3-ブタジエニル)-S-トリアジン、2-トリクロロメチル-4-アミノ-6-p-メトキシスチリル-S-トリアジン、2-(ナフト-1-イル)-4,6-ビス-トリクロロメチル-S-トリアジン、2-(4-エトキシ-ナフト-1-イル)-4,6-ビス-トリクロロメチル-S-トリアジン、2-(4-ブトキシ-ナフト-1-イル)-4,6-ビス-トリクロロメチル-S-トリアジン等のハロメチル-S-トリアジン系化合物、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、2-メチル-1-〔4-(メチルチオ)フェニル〕-2-モルフォリノプロパノン、1,2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1,1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニルケトン、ベンジル、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4-ベンゾイル-4´-メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノベンゾエート、p-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、2-n-ブトキシエチル-4-ジメチルアミノベンゾエート、2-クロロチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、1-(4-フェニルチオフェニル)-1,2-オクタンジオン-2-(O-ベンゾイルオキシム)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-1-(O-アセチルオキシム)、4-ベンゾイル-メチルジフェニルサルファイド、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニルケトン、2-ベンジル-2-(ジメチルアミノ)-1-[4-(4-モルフォリニル)フェニル]-1-ブタノン、2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン、α-ジメトキシ-α-フェニルアセトフェノン、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキサイド、ジフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキサイド、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-(4-モルフォリニル)-1-プロパノン等が挙げられる。
一方で、これらの光重合開始剤が、感光性ポリマーと別に本発明の無機酸化物被膜形成用塗布液中に存在すると、光重合開始剤の種類、量によっては、本発明の無機酸化物被膜形成用塗布液の保存安定性に問題を生じる場合がある。よって、これらの光重合開始剤は、感光性ポリマー中に共有結合を介して導入されていることがより好ましい。
感光性ポリマー中に光重合開始剤の骨格が含有されている場合(以下、このような感光性ポリマーを、開始機能付ポリマーとも称する。)、添加する開始機能付ポリマーは、金属固形分に対して20重量%以上含有することが好ましく、30質量%以上がより好ましい。20質量%未満である場合は、十分なパターニング性が得られない。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液においては、本発明の効果を損なわない限りにおいて、上記した成分以外のその他の成分、例えば、無機微粒子、メタロキサンオリゴマー、メタロキサンポリマー、レベリング剤、界面活性剤等の成分が含まれていてもよい。
無機微粒子としては、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子、フッ化マグネシウム微粒子等の微粒子が好ましく、これらの無機微粒子のコロイド溶液が特に好ましい。このコロイド溶液は、無機微粒子粉を分散媒に分散したものでもよいし、市販品のコロイド溶液であってもよい。
本発明においては、無機微粒子を含有させることにより、形成される硬化被膜の表面形状やその他の機能を付与することが可能となる。無機微粒子としては、その平均粒子径が0.001~0.2μmであることが好ましく、更に好ましくは0.001~0.1μmである。無機微粒子の平均粒子径が0.2μmを超える場合には、調製される塗布液を用いて形成される硬化被膜の透明性が低下する場合がある。
無機微粒子の分散媒としては、水及び有機溶剤を挙げることができる。コロイド溶液としては、被膜形成用塗布液の安定性の観点から、pH又はpKaが1~10に調整されていることが好ましく、より好ましくは2~7である。
なお、金属酸化物被膜形成用塗布液に含有される金属塩が含水塩の場合には、その含水分が加水分解反応に関与するため、金属酸化物被膜形成用塗布液に含有させる水の量には、この金属塩の含水分を考慮する必要がある。例えば、共存する金属塩がアルミニウム塩の含水塩の場合には、その含水分が反応に関与するため、加水分解に用いる水の量に対してアルミニウム塩の含水分を考慮する必要がある。
また、本発明の金属酸化物被膜は、熱伸縮性はほとんど存在しないため、上層の電極保護層に無機材料を適用した場合であっても、クラックは発生しない。
本発明の金属酸化物被膜用塗布液を用いて得られる金属酸化物被膜は、透明電極上の保護膜以外に、静電容量タッチパネルのX軸とY軸の橋掛け部分に用いられている絶縁層などへも適用が可能である。
すなわち、金属酸化物被膜形成用塗布液を塗布して成膜し、好ましくは乾燥し、焼成した後に形成される金属酸化物被膜において、要求される屈折率が決められている場合、その屈折率を実現するよう、金属アルコキシド、例えば、シリコンアルコキシドとチタンアルコキシドの組成モル比を決めることが可能である。
また、他の金属アルコキシドを用いることによっても、得られる金属酸化物被膜の屈折率の調整は可能である。さらに、本発明における金属酸化物被膜の屈折率については、組成条件以外に、成膜条件を選択することで調整することも可能である。こうすることで、金属酸化物被膜の高い硬度を実現するとともに、所望の屈折率値を実現することが可能である。
本発明の金属酸化物被膜では、特に、透明電極パターンが視認される現象を抑えようとする場合、屈折率が1.50~1.70の範囲内が好ましく、1.52~1.70の範囲内となるよう制御されることがより好ましい。屈折率の制御法については、上述のように、金属酸化物被膜形成用塗布液の成分組成を制御する他、成膜方法の制御によっても実現される。
金属酸化物被膜形成用塗布液が、チタンアルコキシド成分を含む場合において、粘度変化を少なくするためには、次の2つの製法(1)又は製法(2)が好ましい。
製法(2)予めシリコンアルコキシドを金属塩の存在下で加水分解反応させた後、グリコール類と混合したチタンアルコキシド溶液に混合して縮合反応を行い、金属酸化物被膜形成用塗布液を得る。こうすることにより、粘度変化の小さい金属酸化物被膜形成用塗布液が得られる。
予め加水分解されたシリコンアルコキシドと、チタンアルコキシドとを混合する方法は、既に試みられている。しかし、反応に用いられる有機溶媒にグリコール類が含まれていない場合には、貯蔵安定性に優れた金属酸化物被膜形成用塗布液が得られない。また、(2)に示した方法は、大きな加水分解速度を有する他の金属アルコキシドとシリコンアルコキシドとから金属酸化物被膜形成用塗布液を得る場合にも有用である。
本発明の金属酸化物被膜用塗布液は、一般に行われている塗布法を適用して、塗膜を成膜し、その後、本発明の金属酸化物被膜とすることが可能である。塗布法としては、例えば、ディップコート法、スピンコート法、スプレーコート法、フローコート法、刷毛塗り法、バーコート法、グラビアコート法、ロール転写法、ブレードコート法、エアーナイフコート法、スリットコート法、スクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法などが用いられる。この中でも、スピンコート法、スリットコート法、ブレードコート法、スプレーコート法を用いることが好ましい。
基材に形成された塗膜を、乾燥し、焼成することにより本発明の金属酸化物被膜が得られる。
乾燥工程は、室温~150℃の温度範囲であることが好ましく、40~120℃の範囲であることがより好ましい。また、その時間は30秒~10分程度が好ましく、1~8分程度がより好ましい。乾燥方法としては、ホットプレートや熱風循環式オーブンなどを用いることが好ましい。
本発明において、現像液に対する溶解性を保持する範囲内で、乾燥させた膜へ紫外領域を含む光により露光すると、開始機能付ポリマーがラジカルを生成し、ポリマー内及び無機膜に導入した置換基と重合反応が促進されることで、選択的に露光部の乾燥膜が不溶化する。紫外領域を含む光としては、180nm以上400nm以下の波長を含む光源は、市販されており容易に入手しやすく好ましい。
光源としては、例えば水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマランプなどが挙げられる。
照射量としては、必要に応じて適宜選択することができるが、波長365nm換算で100~10,000mJ/cm2が好ましく、より好ましくは150~8,000mJ/cm2である。
塩基性化合物溶液(アルカリ性現像液)として例えば、アルカリ金属、4級アンモニウムの水酸化物、ケイ酸塩、リン酸塩、酢酸塩、アミン類などの水溶液が用いられる。具体例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ケイ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの水溶液が挙げられる。
酸性化合物溶液(酸性現像液)としては、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、燐酸などの無機酸、ギ酸、酢酸などの有機酸の水溶液が好ましい。ただし、水の量に対する塩基性化合物又は酸性化合物の量は、露光部と未露光部との溶解度差が充分生じるような量であることが好ましい。
焼成工程は、タッチパネルの他の構成部材の耐熱性を考慮して、100~300℃の温度範囲であることが好ましく、150~250℃の範囲内であることがより好ましい。また、その時間は5分以上が好ましく、15分以上であることがより好ましい。焼成方法としては、ホットプレート、熱循環式オーブン、赤外線オーブンなどを用いることが好ましい。
また、屈折率を制御、及び硬度を高める目的においては、パターニング工程と焼成工程の間に、別途紫外線照射工程を行っても良い。紫外線照射を行う場合は、その照射量を選択することで、金属酸化物被膜の屈折率を調整することが可能である。金属酸化物被膜において、所望の屈折率を得るために紫外線照射が必要な場合は、例えば、高圧水銀ランプを使用することができる。高圧水銀ランプを使用した場合365nm換算で、全光照射1000mJ/cm2以上の照射量が好ましく、3000mJ/cm2~10000mJ/cm2の照射量がより好ましい。
紫外線の光源としては、高圧水銀ランプのほかに、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマランプなどを用いることができる。高圧水銀ランプを使用した場合以外の光源を用いる場合は、上記高圧水銀ランプを使用した場合と同量の積算光量が照射されればよい。紫外線照射を行う場合、乾燥工程と焼成工程の間に紫外線照射工程を行うこともできる。
本実施例で用いた化合物における略語は以下のとおりである。
TEOS:テトラエトキシシラン
ACPS:アクリロキシプロピルトリメトキシシラン
MPMS:メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
StTMS:スチリルトリメトキシシラン
TTE:テトラエトキシチタン
TIPT:テトライソプロポキシチタン
AN:硝酸アルミニウム九水和物
EG:エチレングリコール
HG:2-メチル-2,4-ペンタンジオール(別称:へキシレングリコール)
BCS:2-ブトキシエタノール(別称:ブチルセロソルブ)
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
EtOH:エタノール
<A1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG13.4g、HG38.3g、BCS36.4g、TEOS15.5g、及びMPMS18.5gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<A2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG57.5gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<A1液>と<A2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K1)を得た。
この溶液K1を50.0g測り取り、そこにPGME99.1g、及び開始機能付ポリマーUV-H4000(KSM社製)を0.9g加え、溶液(KL1)を得た。
300mlフラスコ中にAN3.3g、水3.0g、及びEtOH76.1gを加えて攪拌し、ANを溶解した。この溶液にTEOS8.6g、及びMPMS10.2gを入れ、室温下で30分撹拌した。その後、TTEを18.8g入れ、室温下でさらに30分撹拌した。
この溶液に、HG109.3g、及びBCS46.8gを加え、ロータリーバキュームエバポレーター(東京理化器械社製、N-1000S-WD)により、60℃で80mmHg(10.7kPa)まで徐々に減圧しながら溶媒を留去して、200gの溶液(K2)を得た。
この溶液K2を50.0g測り取り、そこにPGME97.0g、及び開始機能付ポリマーUV-H4000(KSM社製)を3.0g加え、溶液(KL2)を得た。
300mlフラスコ中にAN3.3g、水3.0g、及びEtOH75.4gを加えて攪拌し、ANを溶解した。この溶液にTEOS5.2g、及びMPMS14.3gを入れ、室温下で30分撹拌した。その後、TTEを18.8g入れ、室温下でさらに30分撹拌した。
この溶液に、HG108.8g、及びBCS46.6gを加え、ロータリーバキュームエバポレーター(東京理化器械社製、N-1000S-WD)により、60℃で80mmHg(10.7kPa)まで徐々に減圧しながら溶媒を留去して、200gの溶液(K3)を得た。
この溶液K3を50.0g測り取り、そこにPGME98.5g、及び開始機能付ポリマーUV-H4000(KSM社製)を1.5g加え、溶液(KL3)を得た。
<B1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG13.5g、HG38.6g、BCS36.7g、TEOS15.5g、及びACPS17.5gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<B2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG57.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<B1液>と<B2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K4)を得た。
この溶液K4を50.0g測り取り、そこにPGME98.5g、及び開始機能付ポリマーUV-H4000(KSM社製)を1.5g加え、溶液(KL4)を得た。
<C1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG13.6g、HG38.8g、BCS36.8g、TEOS15.5g、及びStTMS16.8gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<C2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG58.2gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<C1液>と<C2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K5)を得た。
この溶液K5を50.0g測り取り、そこにPGME98.5g、及び開始機能付ポリマーUV-H4000(KSM社製)を1.5g加え、溶液(KL5)を得た。
300mlフラスコ中にAN3.3g、水3.0g、及びEtOH75.4gを加えて攪拌し、ANを溶解した。この溶液にMPMS11.7gを入れ、室温下で30分撹拌した。その後、TTEを25.0g入れ、室温下でさらに30分撹拌した。
この溶液に、HG110.2g、及びBCS47.2gを加え、ロータリーバキュームエバポレーター(東京理化器械社製、N-1000S-WD)により、60℃で80mmHg(10.7kPa)まで徐々に減圧しながら溶媒を留去して、200gの溶液(K6)を得た。
この溶液K6を50.0g測り取り、そこにPGME97.0g、及び開始機能付ポリマーUV-H4000(KSM社製)を3.0g加え、溶液(KL6)を得た。
合成例6で得られた溶液K6を50.0g測り取り、そこにPGME100gを加え、溶液(KM1)を得た。
<D1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG13.7g、HG39.1g、BCS37.1g、及びTEOS31.1gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<D2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG58.6gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<D1液>と<D2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K7)を得た。
この溶液K7を50.0g測り取り、そこにPGME97.0g、及び開始機能付ポリマーUV-H4000(KSM社製)を3.0g加え、溶液(KM2)を得た。
<E1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG13.6g、HG38.9g、BCS37.0g、TEOS28.0g、及びMPMS3.7gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<E2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG58.4gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<E1液>と<E2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K8)を得た。
この溶液K8を50.0g測り取り、そこにPGME97.0g、及び開始機能付ポリマーUV-H4000(KSM社製)を3.0g加え、溶液(KM3)を得た。
<F1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG13.5g、HG38.6g、BCS36.7g、TEOS21.7g、及びMPMS11.1gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<F2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG57.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<F1液>と<F2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K9)を得た。
この溶液K9を50.0g測り取り、そこにPGME99.7g、及び開始機能付ポリマーUV-H4000(KSM社製)を0.3g加え、溶液(KM4)を得た。
溶液K3を50.0g測り取り、そこにPGME97.0g、及びポリメタクリル酸メチル(純正化学社製)を3.0g加え、溶液(KM5)を得た。
各溶液においての組成を表1に示した。
実施例の溶液を孔径0.5μmのメンブランフィルターで加圧濾過し、基板にスピンコート法により塗布し、成膜した。この基板を80℃のホットプレート上で3分間乾燥した。
Cr蒸着ガラス基板上に、上記製膜法にて被膜を製膜した。次いで、その基板の半分にCr蒸着ガラスを乗せ、紫外線が露光される部分と、されない部分ができるようにした。そこに、紫外線照射装置(アイグラフィックス社製、UB 011-3A形)により、高圧水銀ランプ(入力電源1000W)を用いて、50mW/cm2(波長365nm換算)で2秒間それぞれ照射した。(積算照射光量は100mJ/cm2である。)
その後、2.38重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に30秒間浸漬し、その後エアーブローにより余分な水滴を飛ばした後、目視にて膜面を観察した。
面内に膜が完全になかったものを0、エッジ部分のみ若干だけ残存したものを1、面内に膜が若干だけ残存しているものを2、面内にもある程度の膜が残存したものを3、膜表面のみ若干変質しているものを4、全く変化がないものを5として評価を行った。
Cr蒸着ガラス基板上に、上記製膜法にて被膜を製膜した。この基板を目視にて観察し、均一に製膜できているものを○、白化しているものを×とした。
基板にシリコン基板(100)を用い、実施例の溶液を孔径0.5μmのメンブランフィルターで加圧濾過し、基板にスピンコート法により成膜した。この基板を80℃のホットプレート上で3分間乾燥した。
そこに、紫外線照射装置(アイグラフィックス社製、UB 011-3A形)により、高圧水銀ランプ(入力電源1000W)を用いて、50mW/cm2(波長365nm換算)で2秒間(積算100mJ/cm2)それぞれ照射し、230℃の熱風循環式オーブンで30分焼成し被膜を形成した。
この基板を用いて、エリプソメーター(溝尻光学工業所社製、DVA-FLVW)で波長633nmにおける屈折率を測定した。
パターニング試験、膜状態及び屈折率の結果を表2に示した。
比較例1については、開始機能付アクリルポリマー(光重合開始剤を含有する感光性ポリマー)を添加しないため、パターニング性は得られなかった。
比較例2は、二重結合を有する置換基成分(二重結合を有する金属アルコキシド)を含んでいないため、開始機能付アクリルポリマーとの相溶性が乏しく、膜が白化した。
比較例3に関しては、開始剤及び開始機能を持たないため、パターニング性を得られなかった。
表2中の実施例のように、金属酸化物被膜用塗布液が開始機能付アクリルポリマーを金属固形分に対し、20重量%以上添加し、かつ主ポリマーである無機ポリマー組成中に二重結合を有する置換基を25モル%以上含有することで、安定な膜状態で、かつ良好なパターニング性を有する金属酸化物被膜が得られることがわかった。
なお、2012年10月11日に出願された日本特許出願2012-226156号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (14)
- 二重結合を構造中に有する金属アルコキシド、及び光重合開始剤を有する感光性ポリマーを含有することを特徴とする金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 光重合開始剤が感光性ポリマー中に共有結合を介して導入されている、請求項1に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 前記金属アルコキシが、下記式(I)で示される第1の金属アルコキシド、下記式(II)で示される第2の金属アルコキシド、及び下記式(III)で示される金属塩を含有する組成物からなり、かつ、有機溶媒、水、及び析出防止剤を含有する、請求項1または2に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
M1(OR1)n (I)
(M1は、珪素、チタン、タンタル、ジルコニウム、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛よりなる群から選択される少なくとも1の金属を表す。R1は、炭素数1~5のアルキル基又はアセトキシ基を表す。nは、2~5の整数を表す。)
R2 mSi(OR3)4-m (II)
(R2は、ビニル基、スチリル基、フェニル基、ナフチル基、及びアクリル基、メタクリル基若しくはアリール基で置換された炭素数1~30のアルキル基から選ばれる有機基である。R3は炭素数1~5のアルキル基又はアセチル基を表す。mは1~3の整数である。)
M2(X)k又はM2の蓚酸塩 (III)
(M2は、アルミニウム、インジウム、亜鉛、ジルコニウム、ビスマス、ランタン、タンタル、イットリウム及びセリウムよりなる群から選択される少なくとも1の金属を表す。Xは、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、スルファミン酸、スルホン酸、アセト酢酸若しくはアセチルアセトナートの残基、又はこれらの塩基性塩、を表す。kは、M2の価数を表す。) - さらに、下記式(IV)で示される第3の金属アルコキシドを含有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
R4 lM3(OR5)p-l (IV)
(M3は、珪素、チタン、タンタル、ジルコニウム、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛よりなる群から選択される少なくとも1の金属を表す。R4は、水素原子又はフッ素原子で置換されてもよく、且つ、ハロゲン原子、ビニル基、グリシドキシ基、メルカプト基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、イソシアネート基、アミノ基又はウレイド基で置換されていてもよく、且つ、ヘテロ原子を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基を表す。R5は、炭素数1~5のアルキル基を表す。pは、2~5の整数を表し、lは、pが3の場合1又は2であり、pが4の場合1~3の整数であり、pが5の場合1~4の整数である。) - 前記第2の金属アルコキシドの含有量は、全金属アルコキシドに対して25モル%以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 前記光重合開始剤を含有する感光性ポリマーの含有量が、金属固形分に対して20重量%以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 前記析出防止剤は、N-メチル-ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール及びこれらの誘導体よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~6のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 前記金属塩の金属原子のモル数(M2)と、前記金属アルコキシドの金属原子の合計モル数(M)との比が、0.01≦M2/M ≦0.7である、請求項3~7のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 前記第1の金属アルコキシドは、シリコンアルコキシド又はその部分縮合物と、チタンアルコキシドとの混合物である、請求項1~8のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 前記金属塩は、金属硝酸塩、金属硫酸塩、金属酢酸塩、金属塩化物、金属蓚酸塩、金属スルファミン酸塩、金属スルホン酸塩、金属アセト酢酸塩、金属アセチルアセトナート又はこれらの塩基性塩である、請求項3~9のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 前記第1の金属アルコキシドは、シリコンアルコキシド又はその部分縮合物と、チタンアルコキシドとの混合物であり、有機溶媒は、アルキレングリコール類又はそのモノエーテル誘導体を含む、請求項3~10のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 請求項1~11のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を用いて得られる金属酸化物被膜。
- 1.50~1.70の範囲の屈折率を有する、請求項1~11のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を用いて得られる金属酸化物被膜。
- 請求項12又は13に記載の金属酸化物被膜を具備する表示デバイス。
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