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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-17
(45)【発行日】2022-10-25
(54)【発明の名称】光学材料用樹脂組成物及びその用途
(51)【国際特許分類】
   C08F 290/12 20060101AFI20221018BHJP
   G03F 7/038 20060101ALI20221018BHJP
   G03F 7/004 20060101ALI20221018BHJP
   G02B 5/20 20060101ALI20221018BHJP
   C08F 8/30 20060101ALI20221018BHJP
【FI】
C08F290/12
G03F7/038 501
G03F7/004 505
G02B5/20 101
C08F8/30
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2018089443
(22)【出願日】2018-05-07
(65)【公開番号】P2019196421
(43)【公開日】2019-11-14
【審査請求日】2021-02-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000004628
【氏名又は名称】株式会社日本触媒
(74)【代理人】
【識別番号】110000914
【氏名又は名称】弁理士法人WisePlus
(72)【発明者】
【氏名】寺田 拓真
(72)【発明者】
【氏名】加原 浩二
(72)【発明者】
【氏名】田中 晋介
【審査官】牟田 博一
(56)【参考文献】
【文献】特開2006-91189(JP,A)
【文献】特開昭62-146902(JP,A)
【文献】国際公開第2012/133297(WO,A1)
【文献】特開2012-12545(JP,A)
【文献】特開2012-15432(JP,A)
【文献】特開昭59-221306(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08F
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルカリ可溶性樹脂、及び、重合開始剤を含む樹脂組成物であって、
該アルカリ可溶性樹脂は、下記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体であり、
該一般式(1)で表される構造単位は、酸基とオキサゾリン基含有化合物との反応により形成され
該樹脂組成物は、ネガ型感光性樹脂組成物である
ことを特徴とする光学材料用樹脂組成物。
【化1】
(式中、R、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又はメチル基を表す。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基を表す。Xは、炭素数1以上の2価の炭化水素基を表す。Xは単結合を表す。)
【請求項2】
アルカリ可溶性樹脂、及び、色材を含む樹脂組成物であって、
該アルカリ可溶性樹脂は、下記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体であり、
該一般式(1)で表される構造単位は、酸基とオキサゾリン基含有化合物との反応により形成される
ことを特徴とする光学材料用樹脂組成物。
【化2】
(式中、R、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又はメチル基を表す。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基を表す。Xは、炭素数1以上の2価の炭化水素基を表す。Xは単結合を表す。)
【請求項3】
前記光学材料用樹脂組成物は、ネガ型感光性樹脂組成物であることを特徴とする請求項に記載の光学材料用樹脂組成物。
【請求項4】
前記オキサゾリン基含有化合物は、2-イソプロペニル-2-オキサゾリンであることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の光学材料用樹脂組成物。
【請求項5】
前記アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量が、200~2000g/当量であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の光学材料用樹脂組成物。
【請求項6】
重合性化合物を更に含むことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の光学材料用樹脂組成物。
【請求項7】
基板上に、請求項6に記載の光学材料用樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学材料用樹脂組成物に関する。より詳しくは、低誘電率の硬化物を与えることができる光学材料用の樹脂組成物、及びその用途に関する。
【背景技術】
【0002】
熱や活性エネルギー線によって硬化し得る硬化性樹脂組成物は、例えば、液晶表示装置や固体撮像素子、タッチパネル式表示装置等に用いられるカラーフィルター、インキ、プリント配線板、絶縁膜、スペーサー等の各種表示装置の構成部材等への適用が種々検討され、各用途で要求される特性に優れた硬化性樹脂組成物の開発がなされている。例えば、静電容量方式のタッチパネル式表示装置は、一般に、基板上にITO等の透明導電膜が形成され、更に透明導電膜を保護するための保護膜又は絶縁膜が形成された構造からなり、保護膜や絶縁膜等の構成部材には、通常、透明導電膜との密着性や表面硬度が高いことが求められている。また、例えば、カラーフィルターには、硬化性樹脂組成物の硬化性や硬化後の耐溶剤性、基板との密着性、耐熱性及び透明性等の各種物性を有することが求められている。
【0003】
このような硬化性樹脂組成物については、これまでに種々提案されている。
例えば、特許文献1には、N-置換マレイミド成分と、ヒドロキシル基含有単量体とを必須成分としてラジカル重合させて得られた重合体の有するヒドロキシル基の少なくとも一部に対し、多塩基酸無水物を反応させて得られた、カルボキシル基を有する変性重合体を含む感光性樹脂組成物が記載されている。
また例えば、特許文献2には、側鎖にアミド結合を介して結合させてエチレン性不飽和基を有する繰り返し単位等を有する(メタ)アクリルポリマー、重合性化合物、及び重合開始剤を含む光学材料用樹脂組成物が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2005-141011号公報
【文献】特開2009-169300号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年では、光学部材や電機・電子機器等の小型化・薄型化・省エネルギー化が進みつつあり、それに伴って使用されるカラーフィルター等の構成部材には高品位な性能が要望されている。特に最近、表示装置の高精細化に伴い、低誘電率化といった電気特性の向上も求められているようになっている。例えば、液晶表示装置は、液晶上にITO(透明導電)膜を介してカラーフィルターが設置されており、カラーフィルターの誘電率が高いと、液晶の電圧保持率を高く保持できないといった問題があった。しかしながら、従来の硬化性樹脂組成物から得られる硬化物は、未だ十分に低い誘電率を有するとは言えず、改善の余地があった。
【0006】
本発明は、上記現状に鑑みて、電気特性に優れ、低誘電率の硬化物を与えることができる光学材料用樹脂組成物を提供することを目的とする。また、このような光学材料用樹脂組成物の硬化物を有する積層体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は、上記課題を解決すべく、光学材料用の樹脂組成物について種々検討したところ、特定の構造単位を有する重合体からなるアルカリ可溶性樹脂を含む樹脂組成物とすることにより、十分に低い誘電率を有する電気特性に優れた硬化物を与えることができることを見出した。また、本発明者は、このようなアルカリ可溶性樹脂を含む樹脂組成物は光学材料用途に好適に使用されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明は、アルカリ可溶性樹脂、及び、重合開始剤を含む樹脂組成物であって、上記アルカリ可溶性樹脂は、下記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体であることを特徴とする光学材料用樹脂組成物である。
【0009】
【化1】
【0010】
(式中、R、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1~20の有機基を表す。X及びXは、同一又は異なって、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基を表す。Xは、炭素数1以上の2価の炭化水素基を表す。)
【0011】
本発明はまた、アルカリ可溶性樹脂、及び、色材を含む樹脂組成物であって、上記アルカリ可溶性樹脂は、上記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体であることを特徴とする光学材料用樹脂組成物である。
【0012】
上記光学材料用樹脂組成物は、ネガ型感光性樹脂組成物であることが好ましい。
【0013】
上記一般式(1)で表される構造単位は、酸基とオキサゾリン基含有化合物との反応により形成されることが好ましい。
【0014】
上記オキサゾリン基含有化合物は、2-イソプロペニル-2-オキサゾリンであることが好ましい。
【0015】
上記アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量は、200~2000g/当量であることが好ましい。
【0016】
上記光学材料用樹脂組成物は、重合性化合物を更に含むことが好ましい。
【0017】
本発明はまた、基板上に、上述した光学材料用樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする積層体でもある。
【発明の効果】
【0018】
本発明の光学材料用樹脂組成物は、低誘電率で電気特性に優れた硬化物を与えることができる。このような本発明の光学材料用樹脂組成物は、液晶表示装置や固体撮像素子等に用いられるカラーフィルター、ブラックカラムスペーサー、インキ、印刷版、プリント配線板、半導体素子、フォトレジスト、絶縁膜等の光学部材や電機・電子機器等の各種用途に好適に用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート及び/又はメタクリレート」を意味する。
【0020】
1.光学材料用樹脂組成物
本発明の光学材料用樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂、及び、重合開始剤又は色材を含む樹脂組成物であって、上記アルカリ可溶性樹脂は、下記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体であることを特徴とする。
本発明の光学材料用樹脂組成物は、特定の構造単位を有するアルカリ可溶性樹脂を含むことにより、低誘電率で電気特性に優れた硬化物を与えることができる。
【0021】
【化2】
【0022】
(式中、R、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1~20の有機基を表す。X及びXは、同一又は異なって、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基を表す。Xは、炭素数1以上の2価の炭化水素基を表す。)
【0023】
第1の本発明は、アルカリ可溶性樹脂、及び、重合開始剤を含む樹脂組成物であって、上記アルカリ可溶性樹脂は、上記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体である光学材料用樹脂組成物である。本明細書において、第1の本発明の光学材料用樹脂組成物を「光学材料用樹脂組成物(A)」とも称する。
【0024】
第2の本発明は、アルカリ可溶性樹脂、及び、色材を含む樹脂組成物であって、上記アルカリ可溶性樹脂は、上記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体である光学材料用樹脂組成物である。本明細書において、第2の本発明の光学材料用樹脂組成物を「光学材料用樹脂組成物(B)」とも称する。
また、本明細書において、上記光学材料用樹脂組成物(A)と光学材料用樹脂組成物(B)とを合わせて、「本発明の光学材料樹脂組成物」とも称する。
【0025】
なお、本発明において、「光学材料」とは、フォトリソグラフィを適用する材料であって、光学分野や電機・電子分野における装置の構成部材等に使用される材料をいい、例えば、液晶・有機EL・量子ドット・マイクロLED表示装置や固体撮像素子、タッチパネル式表示装置等に用いられるカラーフィルター、ブラックマトリクス、フォトスペーサー、ブラックカラムスペーサー、インキ、印刷版、プリント配線板、半導体素子、フォトレジスト、絶縁膜等の構成材料として使用されるものをいう。
【0026】
<アルカリ可溶性樹脂>
本発明の光学材料用樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂を含む。
本発明において使用するアルカリ可溶性樹脂は、上記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体である。上記一般式(1)で表される構造単位を有することにより、低誘電率の硬化物が得られるのは、アルカリ可溶性樹脂に二重結合を導入する際、水酸基等の高極性基を発生しないことによると推測される。
【0027】
側鎖に重合性二重結合を有するアルカリ可溶性樹脂を調製する従来の手法として、酸基を有するベースポリマーを調製した後、当該酸基に、エポキシ基と重合性二重結合を有する化合物を反応させ、エポキシ基が開裂することによる付加反応により、重合性二重結合を導入する手法が挙げられる。しかしながら、エポキシ基による付加反応では、水酸基が形成され、その結果、誘電率が比較的高い重合体が得られていた。また、水酸基のような配位性の強い官能基が存在するため、顔料等の色材を含む樹脂組成物とした場合、色材の凝集が生じ、色材の分散性が低くなる場合があった。本発明では、アルカリ可溶性樹脂に二重結合を導入する際、水酸基のような高極性基を発生させないため、十分な低誘電率化が可能となる。また、当該アルカリ可溶性樹脂を色材とともに用いた場合、色材分散性の低下を抑制することもできる。
【0028】
また、別の側鎖二重結合の導入手法として、酸基や水酸基を有するベースポリマーを調製した後、当該酸基や水酸基に、イソシアネート基と重合性二重結合を有する化合物を反応させる付加反応により、重合性二重結合を導入する手法が挙げられる。しかし当該手法では高極性基であるウレタン結合が生成し、その結果、誘電率が上昇するため好ましくない。特に酸基とイシシアネート基の反応により生成する部位は、不安定かつ逆反応が進行しやすく異物を発生させ、誘電率を上昇させるので、改善の余地がある。
【0029】
また、別の側鎖二重結合の導入手法として、イソシアネート基を有するベースポリマーを調製した後、当該イソシアネート基に、酸基や水酸基と重合性二重結合を有する化合物を反応させる付加反応により、重合性二重結合を導入する手法が挙げられる。しかし当該手法も、高極性基であるウレタン結合の生成と異物発生の観点から誘電率が上昇するため好ましくない。また酸基とイソシアネート基が反応するためベースポリマーに酸基を導入することが困難であり、工程性の観点からも好ましくない。また、脱保護により酸基を導入しても、脱離基による異物や触媒により誘電率を更に上昇させるので、改善の余地がある。
【0030】
上記一般式(1)で表される構造単位(以下、「構造単位(A)」とも称する。)について説明する。
上記一般式(1)において、R、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1~20の有機基を表す。
上記炭素数1~20の有機基は、炭素数1~20の炭化水素基であることが好ましい。炭素数1~20の炭化水素基としては、例えば、炭素数1~20の脂肪族炭化水素基、炭素数3~20の脂環式炭化水素基、炭素数6~20の芳香族炭化水素基が挙げられる。
【0031】
上記炭化水素基を構成する一部の水素原子は、置換されていてもよい。置換基としては、例えば、ヒドロキシ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;アルキル基;アルコキシ基;等が挙げられる。
置換基のアルキル基としては、炭素数1~15のアルキル基が好ましく、より好ましくはメチル基、エチル基、n-プロピル基等が挙げられ、更に好ましくは、メチル基、エチル基が挙げられる。
置換基のアルコキシ基としては、酸素原子に炭素数1~15のアルキル基が結合した置換基が好ましく、より好ましくは、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられ、更に好ましくは、メトキシ基、エトキシ基が挙げられる。
【0032】
上記脂肪族炭化水素基は、飽和炭化水素基であっても、不飽和炭化水素基であってもよいが、飽和炭化水素基が好ましい。上記脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、sec-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、ヘプチル基、2-メチルヘキシル基、3-メチルヘキシル基、2,2-ジメチルペンチル基、2,3-ジメチルペンチル基、2,4-ジメチルペンチル基、3-エチルペンチル基、2,2,3-トリメチルブチル基、オクチル基、メチルヘプチル基、ジメチルヘキシル基、2-エチルヘキシル基、3-エチルヘキシル基、トリメチルペンチル基、3-エチル-2-メチルペンチル基、2-エチル-3-メチルペンチル基、2,2,3,3-テトラメチルブチル基、ノニル基、メチルオクチル基、3,7-ジメチルオクチル基、ジメチルヘプチル基、3-エチルヘプチル基、4-エチルヘプチル基、トリメチルヘキシル基、3,3-ジエチルペンチル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ヒドロキシエチル基等の鎖状の置換又は無置換のアルキル基等が挙げられる。
【0033】
上記脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基等の置換又は無置換のシクロアルキル基が挙げられる。
【0034】
上記芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニレル基、メトキシフェニル基、トリクロロフェニル基、エチルフェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基等の置換又は無置換の芳香族炭化水素基が挙げられる。
【0035】
なかでも、耐熱性の点で、上記炭素数1~20の炭化水素基は、炭素数1~15の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基であることがより好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基であることが更に好ましく、メチル基、エチル基であることが特に好ましい。
上記R、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又はメチル基であることがより好ましい。
【0036】
上記一般式(1)において、X及びXは、同一又は異なって、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基を表す。
【0037】
上記炭素数1~20の2価の有機基としては、例えば、炭素数1~20のアルキレン基、アリーレン基等が挙げられ、これらは一部が置換されていてもよい。置換基としては、特に限定されず、例えば、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子が挙げられる。また、2価の有機基が環構造を有する場合は、置換基として、ハロゲン原子の他、メチル基やエチル基等のアルキル基も挙げられる。
【0038】
上記アルキレン基は、直鎖構造からなるものでもよいし、分岐構造や脂環構造を有するものであってもよい。具体的には例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、t-ブチレン基、ペンチレン基、ネオペンチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、2-エチルヘキシレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基等が挙げられる。
【0039】
上記アリーレン基として具体的には、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基、ジエチルナフチレン基等が挙げられる。
【0040】
また、上記2価の有機基としては、上述したアルキレン基、アリーレン基以外に、例えば、以下の基が挙げられる:
-O-、-SO-、-CO-、-COO-、-CO-、-(C2n)O-(nは1~10の整数を表す。)、-NH-。
【0041】
なかでも、上記2価の有機基は、炭素数1~10のアルキレン基、-COO-、-CO-、-SO-、又は-NH-であることが好ましく、炭素数1~5のアルキレン基、-COO-、-CO-、-NH-であることがより好ましく、-COO-、-CO-であることが更に好ましい。
【0042】
なかでも、Xは、単結合、炭素数1~10のアルキレン基、-COO-、-CO-であることが好ましく、単結合、-COO-、-CO-であることがより好ましい。
【0043】
また、Xは、単結合又は炭素数1~20の脂肪族炭化水素基であることが好ましく、単結合又は炭素数1~10の脂肪族炭化水素基であることがより好ましく、単結合又は炭素数1~6のアルキレン基であることが更に好ましく、単結合であることが特に好ましい。
【0044】
上記一般式(1)において、Xは、炭素数1以上の2価の炭化水素基を表す。
における2価の炭化水素基の炭素数としては、1~20が好ましく、1~15がより好ましく、1~10が更に好ましい。
上記2価の炭化水素基としては、上述したアルキレン基、又はアリーレン基が挙げられ、より好ましくは炭素数1~5のアルキレン基、更に好ましくは炭素数1~2のアルキレン基が挙げられる。
【0045】
上記一般式(1)で表される構造単位(A)としては、下記が好ましい。
【0046】
【化3】
【0047】
(式中、R、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又はメチル基を表す。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基を表す。Xは、炭素数1以上の2価の炭化水素基を表す。Xは単結合を表す。)
上記炭素数1~20の2価の有機基、及び、炭素数1以上の2価の炭化水素基は、上述したとおりである。
【0048】
上記一般式(1)で表される構造単位(A)としては、下記がより好ましい。
【0049】
【化4】
【0050】
(式中、Rは水素原子又はメチル基を表す。)
【0051】
上記アルカリ可溶性樹脂は、上記構造単位(A)として、1種のみ有していてもよいし、2種以上有していてもよい。
【0052】
上記構造単位(A)の形成方法としては、上述した構造が得られるのであれば、特に限定されないが、酸基とオキサゾリン基含有化合物との反応により形成されることが好ましい。
上記酸基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、カルボン酸無水物基、リン酸基、スルホン酸基が挙げられる。なかでも、低誘電率の点で、カルボキシル基が好ましい。
【0053】
上記オキサゾリン基含有化合物としては、オキサゾリン基と重合性二重結合(炭素-炭素二重結合)を有する化合物が好ましい。
上記重合性二重結合としては、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アリル基、メタリル基等の炭素-炭素二重結合を有するものが挙げられ、なかでもビニル基が好ましい。
【0054】
上記オキサゾリン基含有化合物としては、例えば、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン、2-プロペニル-2-オキサゾリン等が挙げられ、合成安定性の点で、好ましくは2-イソプロペニル-2-オキサゾリンが挙げられる。
【0055】
2-イソプロペニル-2-オキサゾリンを酸基に反応させると、オキサゾリン基が開裂し、酸基とアミドエステル結合を形成して付加される。このような付加反応においては、誘電率を高める主原因となる水酸基が生じない。そのため、アルカリ可溶性樹脂の誘電率を高めることがなく、低誘電率の硬化物を与えることができる。また、配位性の強い水酸基が発生しないので、アルカリ可溶性樹脂と色材を併用した場合に、色材の凝集を抑制することができる。
【0056】
上記アルカリ可溶性樹脂における上記構造単位(A)の含有割合は、アルカリ可溶性樹脂の全構造単位100質量%に対して1~80質量%であることが好ましい。
上記構造単位(A)の含有割合は、アルカリ可溶性樹脂の全構造単位100質量%に対して5質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが更に好ましく、また、70質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることが更に好ましい。
【0057】
(酸基含有単量体由来の構造単位(B))
本発明におけるアルカリ可溶性樹脂は、更に、酸基含有単量体由来の構造単位(以下、「構造単位(B)」とも称する。)を有することが好ましい。
アルカリ可溶性樹脂が、酸基を有することにより、アルカリ可溶性を発揮し、現像性等を発揮することができる。
【0058】
上記酸基含有単量体由来の構造単位は、酸基含有単量体を含む単量体成分を重合することにより導入することができる。
上記酸基含有単量体としては、酸基及び重合性二重結合を有する単量体が挙げられる。
上記酸基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、カルボン酸無水物基、リン酸基、スルホン酸基等、アルカリ水と中和反応する官能基が挙げられる。中でも、カルボキシル基又はカルボン酸無水物基が好ましく、より好ましくはカルボキシル基であり、更に好ましくは(メタ)アクリル酸基である。
【0059】
上記重合性二重結合としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アリル基、メタリル基等が挙げられる。本発明のアルカリ可溶性樹脂は、これらの1種又は2種以上を有していてもよい。なかでも、反応性の点で、(メタ)アクリロイル基であることが好ましい。
【0060】
上記酸基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、ビニル安息香酸等の不飽和モノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸等の不飽和多価カルボン酸類;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和酸無水物類;ライトエステルP-1M(共栄社化学製)等のリン酸基含有不飽和化合物;等が挙げられる。これらのなかでも、汎用性、入手性等の観点から、カルボン酸系単量体(不飽和モノカルボン酸類、不飽和多価カルボン酸類、不飽和酸無水物類)を用いることが好適である。反応性、耐熱着色性等の点で、より好ましくは不飽和モノカルボン酸類であり、更に好ましくは(メタ)アクリル酸(すなわち、アクリル酸及び/又はメタクリル酸)である。
【0061】
上記アルカリ可溶性樹脂は、上記構造単位(B)として、1種のみ有していてもよいし、2種以上有していてもよい。
【0062】
上記アルカリ可溶性樹脂において上記構造単位(B)の含有割合は、アルカリ可溶性樹脂の全構造単位100質量%に対して1~30質量%であることが好ましく、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上であり、またより好ましくは25質量%以下、更に好ましくは20質量%以下である。
【0063】
(主鎖に環構造を有する構造単位(C))
上記アルカリ可溶性樹脂は、主鎖に環構造を有する重合体であることが好ましい。すなわち、上記アルカリ可溶性樹脂は、主鎖に環構造を有する構造単位(以下、「構造単位(C)」とも称する。)を有することが好ましい。上記アルカリ可溶性樹脂が主鎖に環構造を有する重合体であると、耐熱性や分散安定性にも優れた硬化物を与えることができる。
環構造としては、イミド環、テトラヒドロピラン環、テトラヒドロフラン環、ラクトン環等が挙げられる。
【0064】
上記アルカリ可溶性樹脂が主鎖に環構造を有するには、主鎖に環構造を形成しうる単量体を含む単量体成分を重合するとよい。
主鎖に環構造を形成しうる単量体としては、例えば、N置換マレイミド系単量体、ジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体、α-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体等が好ましく挙げられる。なかでも、耐熱性にも優れた硬化物を与えることができる点で、N置換マレイミド系単量体がより好ましい。
【0065】
上記N置換マレイミド系単量体としては、例えば、N-シクロヘキシルマレイミド、N-フェニルマレイミド、N-メチルマレイミド、N-エチルマレイミド、N-イソプロピルマレイミド、N-t-ブチルマレイミド、N-ドデシルマレイミド、N-ベンジルマレイミド、N-ナフチルマレイミド等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。なかでも、透明性の観点から、N-フェニルマレイミド、N-ベンジルマレイミドが好ましく、特にN-ベンジルマレイミドが好適である。
【0066】
上記N-ベンジルマレイミドとしては、例えば、ベンジルマレイミド;p-メチルベンジルマレイミド、p-ブチルベンジルマレイミド等のアルキル置換ベンジルマレイミド;p-ヒドロキシベンジルマレイミド等のフェノール性水酸基置換ベンジルマレイミド;o-クロロベンジルマレイミド、o-ジクロロベンジルマレイミド、p-ジクロロベンジルマレイミド等のハロゲン置換ベンジルマレイミド;等が挙げられる。
【0067】
上記ジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体としては、例えば、2,2’-〔オキシビス(メチレン)〕ビスアクリル酸、ジアルキル-2,2’-〔オキシビス(メチレン)〕ビス-2-プロペノエート、ジアルキル-2,2’-〔オキシビス(メチレン)〕ビス-2-プロペノエート等の、エステル部位の少なくとも1つが3級炭素を含有している化合物等が挙げられる。これらの中でも、透明性や分散性、工業的入手の容易さ等の観点から、例えば、ジメチル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート等を用いることが好適である。
【0068】
上記α-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体としては、例えば、α-アリルオキシメチルアクリル酸;α-アリルオキシメチルアクリル酸メチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸i-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ヘプチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸2-エチルヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸カプリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ノニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸デシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ウンデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ラウリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ミリスチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ペンタデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸セチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヘプタデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ステアリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ノナデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エイコシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸セリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メリシル等のアルキル-(α-アリルオキシメチル)アクリレート系単量体等が挙げられる。なかでも、アルキル-(α-アリルオキシメチル)アクリレート系単量体が好適である。
【0069】
上記アルキル-(α-アリルオキシメチル)アクリレート系単量体としては、透明性や分散性、工業的入手の容易さ等の観点から、例えば、メチル-(α-アリルオキシメチル)アクリレート等が好ましく挙げられる。
上記α-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレートは、例えば、国際公開第2010/114077号パンフレットに開示されている製造方法により製造することができる。
【0070】
上記アルカリ可溶性樹脂は、上記構造単位(C)として、1種のみ有していてもよいし、2種以上有していてもよい。
【0071】
上記アルカリ可溶性樹脂において上記構造単位(C)の含有割合は、アルカリ可溶性樹脂の全構造単位100質量%に対して1~60質量%であることが好ましく、より好ましくは2質量%以上、更に好ましくは3質量%以上であり、またより好ましくは50質量%以下、更に好ましくは40質量%以下である。
【0072】
(側鎖に環構造を有する構造単位(D))
本発明のアルカリ可溶性樹脂はまた、側鎖に環構造を有することが好ましい。すなわち、上記アルカリ可溶性樹脂は、更に、側鎖に環構造を有する構造単位(以下、「構造単位(D)」とも称する。)を有することが好ましい。
【0073】
上記環構造としては、ベンゼン等の芳香族環構造、又は、シクロヘキサン骨格、アダマンタン骨格、ノルボルネン骨格等の脂環構造が挙げられる。
【0074】
上記アルカリ可溶性樹脂が側鎖に環構造を有するには、芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基と重合性二重結合を有する単量体を含む単量体成分を重合するとよい。
【0075】
上記芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンジル、トリル、ナフチル、ビフェニル等のアリール基等が挙げられる。
上記脂環式炭化水素基としては、好ましくは炭素数が3~20、より好ましくは炭素数が3~15の脂環式炭化水素基が挙げられる。上記脂環式炭化水素基としては、具体的には、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル、シクロドデシル、シクロへプチル、シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル等の単環式炭化水素基;ジシクロペンタニル、ジシクロペンテニル、トリシクロデカニル、アダマンチル、イソボルニル等の多環式炭化水素基が挙げられる。
【0076】
上記重合性二重結合としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アリル基、メタリル基等が挙げられる。なかでも、反応性の点で(メタ)アクリロイル基が好ましい。
【0077】
上記構造単位(D)を与える単量体としては、具体的には、例えば、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、1-アダマンチル(メタ)アクリレート、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ペンタシクロペンタデカンジメタノールルジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ノルボルナンジメタノールジ(メタ)アクリレート等の脂環式炭化水素基含有単量体;ベンジル(メタ)アクリレート、スチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレン、メトキシスチレン、1モルエトキシ化フェニルフェノールアクリレート等の芳香族炭化水素基含有単量体が挙げられる。なかでも、低誘電率の点で、脂環式炭化水素基含有単量体が好ましく、シクロヘキシル(メタ)アクリレートがより好ましい。
【0078】
上記アルカリ可溶性樹脂は、上記構造単位(D)として、1種のみを有していてもよいし、2種以上有していてもよい。
【0079】
上記アルカリ可溶性樹脂において上記構造単位(D)の含有割合は、アルカリ可溶性樹脂の全構造単位100質量%に対して、1~90質量%であることが好ましく、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上であり、またより好ましくは85質量%以下、更に好ましくは80質量%以下である。
【0080】
(他の構造単位(E))
上記アルカリ可溶性樹脂は、更に、必要に応じて他の構造単位を有していてもよい。
上記他の構造単位としては、例えば、(メタ)アクリル酸エステル系単量体、水酸基含有単量体、他の共重合可能な単量体等に由来する構造単位が挙げられる。
【0081】
上記(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸i-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸s-ブチル、(メタ)アクリル酸n-アミル、(メタ)アクリル酸t-アミル、(メタ)アクリル酸s-アミル、(メタ)アクリル酸n-ヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸2-メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2-エトキシエチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸N,N-ジメチルアミノエチル、1,4-ジオキサスピロ[4,5]デカ-2-イルメタアクリル酸、(メタ)アクリロイルモルホリン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-イソブチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-シクロヘキシル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラン等が挙げられる。
【0082】
上記水酸基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸2,3-ヒドロキシプロピル等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0083】
上記他の共重合可能な単量体としては、例えば、下記の化合物等の1種又は2種以上が挙げられる。
N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類;ポリスチレン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリシロキサン、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクタム等の重合体分子鎖の片末端に(メタ)アクリロイル基を有するマクロモノマー類;1,3-ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の共役ジエン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、n-ノニルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、メトキシエトキシエチルビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールビニルエーテル、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルイミダゾール、N-ビニルモルフォリン、N-ビニルアセトアミド等のN-ビニル化合物類;(メタ)アクリル酸イソシアナトエチル、アリルイソシアネート等の不飽和イソシアネート類;等が挙げられる。
【0084】
上記アルカリ可溶性樹脂は、上記構造単位(E)として、1種のみを有していてもよいし、2種以上を有していてもよい。
【0085】
上記構造単位(E)の含有割合は、上記アルカリ可溶性樹脂の全構成単位100質量%に対し、0~90質量%であることが好ましく、より好ましくは0.3~85質量%、更に好ましくは0.5~80質量%である。
【0086】
上記アルカリ可溶性樹脂の酸価は、20~200mgKOH/gであることが好ましい。酸価が上述の範囲であると、アルカリ可溶性がより好適に発現される。また、分散安定性が向上する。上記酸基は、25~180mgKOH/gであることがより好ましく、30~150mgKOH/gであることが更に好ましい。
本明細書において、酸価は、後述の実施例に記載した方法にて求めることができる。
【0087】
上記アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量は、200~2000g/当量であることが好ましい。上記二重結合当量が上述の範囲であると、より低誘電率となる。また、現像性、光に対する感度等にも優れる。上記二重結合当量は、パターン線太り抑制の点から、好ましくは250g/当量以上、より好ましくは300g/当量以上、更に好ましくは330g/当量以上であり、また、光感度維持の点から、好ましくは1900g/当量以下、より好ましくは1800g/当量以下、更に好ましくは1700g/当量以下である。
【0088】
本明細書において、二重結合当量は、分子中に含まれる二重結合量の尺度となるものであり、重合体の二重結合1個あたりの分子量を意味する。同じ分子量の化合物であれば、二重結合当量の数値が大きいほど二重結合の導入量が少なくなる。
二重結合当量は、原料の仕込み量から計算することができ、重合体固形分の質量(g)を、重合体の二重結合量(mol)で除することにより求めることができる。また、滴定及び元素分析、NMR、IR等の各種分析や示差走査熱量計法を用いて測定することもできる。
【0089】
上記アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量は、3000~50000であることが好ましい。重量平均分子量が上述の範囲であると、現像性が優れる。上記重量平均分子量は、4000~40000であることがより好ましく、5000~35000であることが更に好ましい。
本明細書において、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー法(GPC)により、後述の実施例に記載した方法にて求めることができる。
【0090】
(アルカリ可溶性樹脂の製造方法)
上記アルカリ可溶性樹脂の製造方法としては、例えば、酸基含有単量体を少なくとも含む単量体成分を重合してなるベースポリマーに、上記構造単位(A)を形成するための化合物(X)を反応させる方法が挙げられる。
上記ベースポリマーが有する酸基と、上記構造単位(A)を形成するための化合物(X)とが反応して、上述した構造単位(A)を有する重合体が形成される。
ベースポリマーを与える単量体成分は、少なくとも酸基含有単量体を含む。
上記酸基含有単量体としては、上述した構造単位(B)を与える酸基含有単量体と同様の単量体が好ましく挙げられる。
【0091】
上記構造単位(A)を形成するための化合物(X)としては、重合性二重結合(炭素-炭素二重結合)を有し、酸基と反応し得る基を有する化合物であり、上記構造単位(A)を形成することができるのであれば特に限定されないが、上述したオキサゾリン基含有化合物が好ましく挙げられ、より好ましくは2-イソプロペニル-2-オキサゾリンが挙げられる。
【0092】
ベースポリマーを与える単量体成分として、例えば、上記酸基含有単量体、上記構造単位(C)を与える単量体(c)、及び上記構造単位(D)を与える単量体(d)を含む場合、これらの単量体の含有割合は、ベースポリマーを与える単量体成分の総量100質量%に対して、上記酸基含有単量体3~80質量%、上記単量体(c)1~50質量%、及び上記単量体(d)3~90質量%であることが好ましく、上記酸基含有単量体5~75質量%、上記単量体(c)5~40質量%、及び上記単量体(d)5~85質量%であることがより好ましい。
【0093】
また、ベースポリマーを与える単量体成分として、上記酸基含有単量体、上記単量体(c)、上記単量体(d)、及び上記構造単位(E)を与える単量体(e)を含む場合、これらの単量体の含有割合は、ベースポリマーを与える単量体成分の総量100質量%に対して、上記酸基含有単量体3~80質量%、上記単量体(c)1~50質量%、上記単量体(d)3~90質量%、及び上記単量体(e)0.5~90質量%であることが好ましく、上記酸基含有単量体5~75質量%、上記単量体(c)5~40質量%、及び上記単量体(d)5~85質量%、及び上記単量体(e)1~85質量%であることがより好ましい。
【0094】
上記方法において、上記単量体成分を重合する方法は特に限定されず、バルク重合、溶液重合、乳化重合等の通常用いられる手法を用いることができ、目的、用途に応じて適宜選択すればよい。なかでも、溶液重合が、工業的に有利で、分子量等の構造調整も容易であるため好適である。また、上記単量体成分の重合機構は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合、配位重合等の機構に基づいた重合方法を用いることができるが、ラジカル重合機構に基づく重合方法が、工業的にも有利であるため好ましい。
重合反応の好ましい形態は、特開2016-29151号公報〔0062〕~〔0072〕に記載のとおりである。
【0095】
上記重合反応における重合開始方法は、熱や電磁波(例えば赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー源から重合開始に必要なエネルギーを単量体成分に供給すればよく、更に重合開始剤を併用すれば、重合開始に必要なエネルギーを大きく下げることができ、また、反応制御が容易となるため好適である。また上記単量体成分を重合して得られる重合体の分子量は、重合開始剤の量や種類、重合温度、連鎖移動剤の種類や量の調整等により制御することができる。
【0096】
上記ベースポリマーが含む酸基の一部に、上記構造単位(A)を形成するための化合物(X)を付加反応させる。この反応方法は特に限定されず、公知の手法を適宜採用すればよいが、例えば、反応温度を90~150℃とすることが好ましい。また、塩基性触媒としてトリエチルアミンやジメチルベンジルアミン等のアミン化合物;塩化テトラエチルアンモニウム等のアンモニウム塩;臭化テトラフェニルホスホニウム等のホスホニウム塩、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物;等の公知の触媒を使用することも好ましい。酸性触媒として、リン酸、p-トルエンスルホン酸等の公知の触媒を使用することも好ましい。
【0097】
上記構造単位(A)を形成するための化合物(X)の使用量は、酸価、二重結合当量が所望の範囲となるように適宜設定することが好ましいが、例えば、上記ベースポリマーを与える単量体成分の総量100質量部に対し、1~70質量部とすることが好ましい。これにより、十分な低誘電率化ができるだけでなく、硬化性がより一層高まり硬化物の強度も更に充分なものとなる。より好ましくは3~60質量部、更に好ましくは5~50質量部である。
【0098】
また、上記構造単位(A)を形成するための化合物(X)の使用量は、上記ベースポリマーを与える単量体成分における上記酸基含有単量体100モル%に対して、25~90モル%であることが好ましく、20~85モル%であることがより好ましく、15~80モル%であることが更に好ましい。
【0099】
上記アルカリ可溶性樹脂の含有量は、特に限定されず、用途や他成分の配合等に応じて適宜設定すればよいが、例えば、光学材料用樹脂組成物の固形分総量100質量%に対して10~60質量%であることが好ましく、15~55質量%であることがより好ましく、20~50質量%であることが更に好ましい。
なお、「固形分総量」とは、硬化物を形成する成分(硬化物の形成時に揮発する溶媒等を除く)の総量を意味する。
【0100】
<重合開始剤>
本発明の光学材料用樹脂組成物(A)は、更に重合開始剤を含む。
重合開始剤を含むことにより、樹脂組成物の硬化性を向上させ、得られる硬化物の性能を向上させることができる。
【0101】
上記重合開始剤としては、好ましくはラジカル重合性の光重合開始剤が挙げられる。ラジカル重合性の光重合開始剤とは、電磁波や電子線等の活性エネルギー線の照射により重合開始ラジカルを発生させるものである。
【0102】
上記光重合開始剤としては、特に限定されず、例えば、アルキルフェノン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾイン系化合物、チオキサントン系化合物、ハロメチル化トリアジン系化合物、ハロメチル化オキサジアゾール系化合物、ビイミダゾール系化合物、オキシムエステル系化合物、オキシムエーテル系化合物、チタノセン系化合物、安息香酸エステル系化合物、アクリジン系化合物等の公知の光重合開始剤を使用することができる。
【0103】
なかでも、上記光重合開始剤としては、アルキルフェノン系化合物、オキシムエステル系化合物、オキシムエーテル系化合物を用いることが好ましく、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ン-1-オン(「IRGACURE907」、BASF社製)、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(「IRGACURE369」、BASF社製)等のアルキルフェノン系化合物や、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-,2-(O-ベンゾイルオキシム)](「OXE01」、BASF社製)、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-(0-アセチルオキシム) (「OXE02」、BASF社製)、1,2-オクタンジオン、1-[4-(フェニルチオ)-,2-,(O-ベンゾイルオキシム)]、エタノン(「OXE03」、BASF社製)、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)(「OXE04」、BASF社製))等のオキシム・エステル類を用いることがより好ましい。
上記光重合開始剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0104】
上記重合開始剤の含有量は、本発明の効果が発揮される範囲であれば、特に限定されず、適宜設計すればよいが、例えば、光学材料用樹脂組成物の固形分総量100質量%に対し、好ましくは0.1~30質量%であり、より好ましくは0.5~25質量%であり、更に好ましくは1~20質量%である。
【0105】
また、必要に応じて、光増感剤や光ラジカル重合促進剤等を1種又は2種以上併用してもよい。上記重合開始剤とともに、光増感剤及び/又は光ラジカル重合促進剤を併用することにより、感度や硬化性がより向上される。光増感剤、光ラジカル重合促進剤としては、特に限定されず、硬化性の樹脂組成物において一般的に使用されている公知のものから適宜選択するとよい。
【0106】
上記重合開始剤と併用してもよい光増感剤や光ラジカル重合促進剤としては、例えば、キサンテン色素、クマリン色素、3-ケトクマリン系化合物、ピロメテン色素等の色素系化合物;4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸2-エチルヘキシル等のジアルキルアミノベンゼン系化合物;2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、2-メルカプトベンゾイミダゾール等のメルカプタン系水素供与体等が挙げられる。
【0107】
上記光増感剤及び光ラジカル重合促進剤を使用する場合、その含有量は、硬化性、分解物が与える影響及び経済性のバランスの観点から、光学材料用樹脂組成物の固形分総量100質量%に対し、好ましくは0.001~20質量%、より好ましくは0.01~15質量%であり、更に好ましくは0.05~10質量%である。
【0108】
<色材>
本発明の光学材料用樹脂組成物(B)は、更に色材を含む。
上記色材としては、例えば、顔料又は染料等が挙げられる。上記色材として、顔料又は染料の一方を使用してもよいし、顔料と染料を組み合わせて使用してもよい。例えば、カラーフィルターの赤色、青色、緑色画素を形成する場合、青と紫、緑と黄等、色材を適宜組み合わせて求める色特性が発揮されるような公知の手法を用いるとよい。また、ブラックマトリックスやブラックカラムスペーサーを形成する場合、黒の色材を用いるとよい。
【0109】
色材のなかでも、耐久性の点では顔料が好ましく、パネル等の輝度向上の点では染料が好ましい。これらは求められる特性に応じて適宜選択することができる。本発明の硬化性樹脂組成物においては、硬化物における耐溶剤性及び耐熱着色性がより一層向上し得る点で顔料が好ましい。顔料としては、特開2015-157909号公報に記載のものと同様のものを用いることができる。
【0110】
上記染料としては、例えば、特開2010-9033号公報、特開2010-211198号公報、特開2009-51896号公報、特開2008-50599号公報に記載されている有機染料を使用することができる。なかでも、アゾ系染料、アントラキノン系染料、フタロシアニン系染料、キノンイミン系染料、キノリン系染料、ニトロ系染料、カルボニル系染料、メチン系染料等が好ましい。
【0111】
これらの色材は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0112】
上記色材の含有量としては、特に限定されず、目的、用途に応じて、適宜設定することができるが、好ましくは、光学材料用樹脂組成物の固形分総量100質量%に対して2~80質量%、より好ましくは5~70質量%、更に好ましくは10~60質量%が挙げられる。
【0113】
<重合性化合物>
本発明の光学材料用樹脂組成物(A)及び(B)は、更に重合性化合物を含むことが好ましい。
重合性化合物を更に含むことにより、樹脂組成物の硬化性や、基材への密着性、機械的強度、耐熱性等の各種物性にも優れた硬化物を与えることができる。
【0114】
上記重合性化合物としては、フリーラジカル、電磁波(例えば赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー線の照射等により重合し得る、重合性不飽和結合(重合性不飽和基とも称す)を有する低分子化合物である。例えば、重合性不飽和基を分子中に1つ有する単官能の化合物と、2個以上有する多官能の化合物が挙げられる。
【0115】
上記単官能の化合物としては、例えば、N置換マレイミド系単量体;(メタ)アクリル酸エステル類;(メタ)アクリルアミド類;不飽和モノカルボン酸類;不飽和多価カルボン酸類;不飽和基とカルボキシル基の間が鎖延長されている不飽和モノカルボン酸類;不飽和酸無水物類;芳香族ビニル類;共役ジエン類;ビニルエステル類;ビニルエーテル類;N-ビニル化合物類;不飽和イソシアネート類;等が挙げられる。また、活性メチレン基や活性メチン基を有する単量体等を用いることもできる。
【0116】
上記多官能の化合物としては、例えば、下記の化合物等が挙げられる。
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート等の2官能(メタ)アクリレート化合物;
【0117】
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートコハク酸変性物、ペンタエリスリトールトリアクリレートコハク酸変性物、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートフタル酸変性物、ペンタエリスリトールトリアクリレートフタル酸変性物等の3官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物;
【0118】
エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ブチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジビニルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル等の多官能ビニルエーテル類;
【0119】
(メタ)アクリル酸2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸3-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1-メチル-2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸5-ビニロキシペンチル、(メタ)アクリル酸6-ビニロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸p-ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシエトキシ)エチル等のビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類;
【0120】
エチレングリコールジアリルエーテル、ジエチレングリコールジアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、プロピレングリコールジアリルエーテル、ブチレングリコールジアリルエーテル、ヘキサンジオールジアリルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジアリルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、グリセリントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタアリルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリアリルエーテル、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル等の多官能アリルエーテル類;
【0121】
(メタ)アクリル酸アリル等のアリル基含有(メタ)アクリル酸エステル類;トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等の多官能(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレート類;トリアリルイソシアヌレート等の多官能アリル基含有イソシアヌレート類;トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の多官能イソシアネートと(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル類との反応で得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート類;ジビニルベンゼン等の多官能芳香族ビニル類;等。これらの重合性化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0122】
上記重合性化合物のなかでも、上記光学材料用樹脂組成物の硬化性をより高める観点から、多官能の重合性化合物を用いることが好ましい。上記多官能の重合性化合物の官能数としては、3以上が好ましく、4以上がより好ましい。また、上記官能数は10以下が好ましく、8以下がより好ましい。
また上記重合性化合物の分子量としては特に限定されないが、取り扱いの観点から、例えば、2000以下が好ましい。
【0123】
上記多官能の重合性化合物としては、なかでも、反応性、経済性、入手性等の観点から、多官能(メタ)アクリレート化合物、多官能ウレタン(メタ)アクリレート化合物、(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレート化合物等の、(メタ)アクリロイル基を有する化合物が好ましく、多官能(メタ)アクリレート化合物がより好ましい。(メタ)アクリロイル基を有する化合物を含むことにより、上記光学材料用樹脂組成物が感光性及び硬化性により優れたものとなり、より一層高硬度で高透明性の硬化物を得ることができる。上記多官能の重合性化合物としては、3官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物を用いることが更に好ましい。
上記重合性化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0124】
本発明の光学材料用樹脂組成物において、上記重合性化合物の含有量は、特に限定されず、目的、用途に応じて、適宜設定することができるが、硬化物の強度や耐熱性、耐溶剤性等がより一層優れる点から、光学材料用樹脂組成物の固形分総量100質量%に対し、好ましくは3~90質量%であり、より好ましくは5~80質量%であり、更に好ましくは10~70質量%である。
【0125】
<その他の成分>
本発明の光学材料用樹脂組成物は、必要に応じて更に他の成分を含んでいてもよい。上記他の成分としては、例えば、溶剤;分散剤;酸化防止剤;耐熱向上剤;レベリング剤;現像助剤;シリカ微粒子等の無機微粒子;シラン系、アルミニウム系、チタン系等のカップリング剤;フィラー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルフェノール等の熱硬化性樹脂;多官能チオール化合物等の硬化助剤;可塑剤;重合禁止剤;紫外線吸収剤;艶消し剤;消泡剤;帯電防止剤;スリップ剤;表面改質剤;揺変化剤;揺変助剤;キノンジアジド化合物;多価フェノール化合物;カチオン重合性化合物;酸発生剤;等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらは公知のものから適宜選択して使用することができ、その使用量も適宜設計するとよい。
【0126】
また、上記光学材料用樹脂組成物(A)は、更に上述した色材を含んでいてもよいし、上記光学材料用樹脂組成物(B)は、更に上述した重合開始剤、光増感剤や光ラジカル重合促進剤を含んでいてもよい。
【0127】
(溶剤)
上記溶剤としては、光学材料用樹脂組成物において通常使用するものを使用することができ、目的、用途に応じて適宜選択すればよく、特に限定されないが、例えば、特開2015-157909号公報に記載のものと同様のものを用いることができる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0128】
上記溶剤の使用量としては、目的、用途に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、上記光学材料用樹脂組成物の総量100質量%中に、10~90質量%含まれるようにすることが好ましい。より好ましくは20~80質量%である。
【0129】
(分散剤)
本発明の光学材料用樹脂組成物が色材を含む場合、更に分散剤を含んでもよい。
上記分散剤とは、色材への相互作用部位と分散媒(例えば溶剤やバインダー樹脂)への相互作用部位とを有し、色材の分散媒への分散を安定化する働きを持つものであり、一般的には、樹脂型分散剤(例えば高分子分散剤)、界面活性剤(例えば低分子分散剤)、色素誘導体に分類される。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0130】
上記樹脂型分散剤としては、例えば、ポリウレタン、ポリアクリレート等のポリカルボン酸エステル、不飽和ポリアミド、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸アミン塩、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸アルキルアミン塩、ポリシロキサン、長鎖ポリアミノアマイドリン酸塩、水素基含有ポリカルボン酸エステル、ポリ(低級アルキレンイミン)と遊離のカルボキシル基を有するポリエステルとの反応により形成されたアミドやその塩、(メタ)アクリル酸-スチレン共重合体、(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエステル系、変性ポリアクリレート、エチレンオキサイド/ポリプロピレンオキサイド付加物等が挙げられる。上記樹脂型分散剤の市販品としては、特開2015-157909号公報に記載のものと同様のものが挙げられる。
【0131】
上記界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタリンスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸モノエタノールアミン、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ステアリン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等のアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリエチレングリコールモノラウレート等のノニオン性界面活性剤;アルキル4級アンモニウム塩やそれらのエチレンオキサイド付加物等のカチオン性界面活性剤;アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン等のアルキルベタイン、アルキルイミダゾリン等の両性界面活性剤;等が挙げられる。
【0132】
上記色素誘導体とは、官能基を色素に導入した構造の化合物であり、官能基としては、例えば、スルホン酸基、スルホンアミド基及びその4級塩、ジアルキルアミノ基、水酸基、カルボキシル基、アミド基、フタルイミド基等が挙げられる。母体となる色素の構造としては、例えば、アゾ系、アントラキノン系、キノフタロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、ベンズイミダゾロン系、イソインドリン系、ジオキサジン系、インダンスレン系、ペリレン系、ジケトピロロピロール系等が挙げられる。
【0133】
上記分散剤の含有量は、目的や用途に応じて適宜設定すればよいが、分散安定性、耐久性(耐熱性、耐光性、耐候性等)及び透明性のバランスの観点から、例えば、光学材料用樹脂組成物の固形分総量100質量%に対し、0.01~60質量%であることが好ましい。より好ましくは0.1~50質量%、更に好ましくは0.3~40質量%である。
【0134】
(光学材料用樹脂組成物の調製)
上記光学材料用樹脂組成物を調製する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いればよく、例えば、上述した各含有成分を、各種の混合機や分散機を用いて混合分散する方法が挙げられる。混合・分散工程は特に限定されず、公知の方法により行えばよい。また、通常行われる他の工程を更に含んでいてもよい。なお、上記光学材料用樹脂組成物が色材を含む場合は、色材の分散処理工程を経て調製することが好ましい。
【0135】
上記色材の分散処理工程としては、例えば、まず、色材(好ましくは有機顔料)、分散剤及び溶剤を各所定量秤量し、分散機を用いて、色材を微粒子分散させて液状の色材分散液(「ミルベース」とも称す。)を得る方法が挙げられる。上記分散機としては、ペイントコンディショナー、ビーズミル、ロールミル、ボールミル、ジェットミル、ホモジナイザー、ニーダー、ブレンダー等が挙げられる。上記分散処理工程としては、好ましくは、ロールミル、ニーダー、ブレンダー等で混練分散処理をしてから、0.01~1mmのビーズを充填したビーズミル等のメディアミルで微分散処理をする手法が挙げられる。得られたミルベースに、別途攪拌混合しておいた上記アルカリ可溶性樹脂等を含む組成物(好ましくは透明液)を加えて混合、均一な分散溶液とし、光学材料用樹脂組成物を得ることができる。
なお、得られた光学材料用樹脂組成物は、フィルター等によって、濾過処理をして微細なゴミを除去するのが好ましい。
【0136】
本発明の光学材用樹脂組成物は、低誘電率で電気特性に優れた硬化物を与えることができる。また、本発明の光学材料樹脂組成物を用いて得られる硬化物は、密着性、耐熱性、透明性等にも優れる。本発明の光学材料用樹脂組成物は、ネガ型感光性樹脂組成物として好適に用いることができる。
このような本発明の光学材料用樹脂組成物は、液晶表示装置や固体撮像素子等に用いられるカラーフィルターの絶縁膜(保護膜)、カラーフィルターの着色層、ブラックマトリックス、フォトスペーサー、ブラックカラムスペーサー等の液晶表示板製造用途等に好適に使用される。
【0137】
2.積層体
本発明の光学材料用樹脂組成物は、上述したように、低誘電率であり、電気特性に優れた硬化物を与えるものである。また、上記硬化物は、基材との密着性、耐熱性及び透明性等の各種性能にも優れる。このような、基板(基材)上に上記光学材料用樹脂組成物の硬化物を有する積層体もまた、本発明の一つである。
【0138】
上記硬化物が硬化膜である場合、その膜厚としては、好ましくは0.1~20μmが挙げられる。膜厚が上述の範囲であると、誘電率を十分低いものとすることができる。また、基材との密着性、耐熱性及び透明性等の各種性能も十分に発揮することができる。上記膜厚は、より好ましくは0.2~15μm、更に好ましくは0.3~10μmである。
【0139】
積層体を得る方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いればよく、例えば、上述したように、上記光学材料用樹脂組成物を基材上に塗布し、塗布したものを乾燥、加熱、又は紫外線等の活性エネルギー線を照射することにより硬化させて硬化物を得る方法が挙げられる。
上記基板(基材)としては、特に限定されず、目的や用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、ガラス板、プラスチック板等、種々の材料からなる基材が挙げられる。
【0140】
上記積層体は、例えば、液晶表示装置や固体撮像素子等に用いられるカラーフィルターの絶縁膜(保護膜)、カラーフィルターの着色層、ブラックマトリックス、フォトスペーサー、ブラックカラムスペーサー等の液晶表示板製造用等の各種の用途に好ましく使用される。
【0141】
次に、一例として、本発明の光学材料用樹脂組成物を用いてカラーフィルターの着色層を形成する方法について説明する。
【0142】
カラーフィルターは、液晶表示装置や固体撮像素子等を構成する主要部材であり、一般に、基板、少なくとも3原色(赤(R)・緑(G)・青(B))の画素、及び、それらを区切る樹脂ブラックマトリクス(BM)に加え、画素及び樹脂ブラックマトリクスを被覆・保護し、かつそれらの凹凸を平坦化するために設けられる保護膜等から構成されるものである。
【0143】
上記カラーフィルターに使用される基板としては、例えば、白板ガラス、青板ガラス、アルカリ強化ガラス、シリカコート青板ガラス等のガラス基板;ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスルホン、環状オレフィンの開環重合体やその水素添加物等の熱可塑性樹脂からなるシート、フィルム又は基板;エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂からなるシート、フィルム又は基板;アルミニウム板、銅板、ニッケル板、ステンレス板等の金属基板;セラミック基板;光電変換素子を有する半導体基板;表面に色材層を備えるガラス基板(例えばLCD用カラーフィルター)等の各種材料から構成される部材;等が挙げられる。なかでも、耐熱性の点から、ガラス基板や、耐熱性樹脂からなるシート、フィルム又は基板が好ましい。また、上記基板は透明基板であることが好適である。上記基板には、必要に応じて、コロナ放電処理、オゾン処理、シランカップリング剤等による薬品処理等を行ってもよい。
【0144】
上記カラーフィルターの着色層を得るには、例えば、画素一色につき(すなわち、一色の画素ごとに)、基板上に、上述した光学材料用樹脂組成物を配置する工程(配置工程とも称する)と、該基板上に配置された上記光学材料用樹脂組成物に光を照射する工程(光照射工程とも称する)と、現像液により現像処理する工程(現像工程とも称する)と、加熱処理する工程(加熱工程とも称する)とを含む手法を採用することが好ましい。当該手法と同じ手法を各色で繰り返すことにより、カラーフィルターを製造することができる。なお、各色の画素の形成順序は、特に限定されるものではない。
上記配置工程、光照射工程、現像工程、加熱工程の各工程については、例えば、特開2016-29151号公報の[0125]~[0137]に記載のカラーフィルターの製造方法における各工程と同様の方法が好ましく挙げられる。
また、カラーフィルターの着色層を形成する場合、使用する上記光学材料用樹脂組成物としては、色材を含有する光学材料用樹脂組成物(B)を使用することが好ましい。
【0145】
本発明の光学材料用樹脂組成物を用いて形成された硬化物を有するカラーフィルター等の構成部材を備えた表示装置は、上記構成部材が低誘電率で電気特性に優れるため、液晶の電圧保持率にも優れる。
また、上記光学材料用樹脂組成物により形成される硬化物(硬化膜)は、安定して、基板等に対する密着性に優れ、高硬度であり、高い平滑性を示し、高い透過率を有する。
【0146】
上記表示装置としては、例えば、液晶表示装置、固体撮像素子、タッチパネル式表示装置等が挙げられる。
上記表示装置の構成部材としては、絶縁膜、カラーフィルターの着色層、ブラックマトリックス、フォトスペーサー、ブラックカラムスペーサー等が挙げられる。
【0147】
なお、上記硬化物(硬化膜)を表示装置用部材として用いる場合、当該部材は、上記硬化膜から構成されるフィルム状の単層又は多層の部材であってもよいし、該単層又は多層の部材に更に他の層が組み合わされた部材であってもよいし、また、上記硬化膜を構成中に含む部材であってもよい。
【0148】
以上のように、本発明の光学材料用樹脂組成物は、低誘電率で電気特性に優れた硬化物を与えることができる。また、本発明の光学材料用樹脂組成物は、硬化性に優れ、基板との密着性、透明性、耐熱性等にも優れた硬化物を与えることができる。このような本発明の光学材料用樹脂組成物は、液晶表示板製造用途等の光学分野や電気・電子分野における各種用途に非常に有用なものである。
【実施例
【0149】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。各製造例における重合体や樹脂組成物の評価は以下のようにして行った。
【0150】
(1)重量平均分子量(Mw)
GPC(HLC-8220GPC、東ソー社製)にてテトラヒドロフラン(THF)を溶離液とし、カラムにTSKgel SuperHZM-N(東ソー社製)を用いて測定し、標準ポリスチレン換算にて算出した。
【0151】
(2)固形分
製造例で調製した共重合体溶液をアルミカップに約0.3gはかり取り、アセトン約1gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させた。その後、熱風乾燥機(商品名:PHH-101、エスペック株社製)を用い、140℃で3時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、質量を測定した。その質量減少量から、ポリマー溶液の固形分(アクリル系樹脂)(質量%)を計算した。
【0152】
(3)酸価
製造例で調製した共重合体溶液を1.5g精秤し、アセトン90gと水10gの混合溶媒に溶解させ、0.1NのKOH水溶液で滴定した。滴定は、自動滴定装置(商品名:COM-555、平沼産業社製)を用いて行い、固形分濃度から、ポリマー1g当たりの酸価を求めた(mgKOH/g)。
【0153】
(4)比誘電率
5cm角のITO蒸着ガラス基板に、乾燥後の厚み2.0μmとなるように樹脂組成物をスピンコート法により塗布し、加熱処理(90℃3分間)した後、2.0kWの超高圧水銀ランプを装着したUVアライナ(TOPCON社製、商品名「TME-150RNS」)によって100mJ/cm(365nm照度換算)の露光量で露光を行い、加熱処理(230℃30分間)を行った。更に、表面に金(Au)を、厚みが40nmとなるように蒸着して電極を形成し評価用サンプルを得た。このサンプルの静電容量を、インピーダンスアナライザ4294A(アジレントテクノロジー社製)を用いて測定し(25℃)、計算から比誘電率を求めた。
樹脂単体についても、露光を行わないこと以外は上記手法と同様にして、比誘電率を求めた。
(5)分散安定性
得られた樹脂組成物を40℃7日間、遮光条件にて静置した後に粘度を測定し、初期粘度からの粘度上昇率を下記式に基づき算出し、下記の評価基準にて評価を行った。
粘度上昇率(%)=[(静置後の粘度)-(初期粘度)]/(初期粘度)×100
(評価基準)
〇:粘度上昇率が10%未満
△:粘度上昇率が10%以上15%未満
×:粘度上昇率が15%以上
【0154】
製造例1
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。
他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、ベンジルマレイミド(BzMI)10.0g、メタクリル酸(MAA)26.0g、メタクリル酸シクロヘキシル(CHMA)63.0g、メタクリル酸メチル(MMA)1.0g、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(商品名「パーブチル(登録商標)O」、日本油脂社製、以下PBOと表す)2.0g、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)63.0g、及びプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)27.0gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、ドデシルメルカプタン(nDM)1.0g、PGMEA19.0gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA36.0gとPGME24.0gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。
次いで、反応槽に、重合禁止剤として2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)(商品名「アンテージW400」、川口化学工業社製、以下W400と表す)0.2g、触媒としてトリエチルアミン(TEA)0.4gを仕込んだ。反応槽の温度が110℃に安定してから、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン(IPO)12.9gを3時間かけて滴下した。滴下終了後、110℃で更に12時間反応させた。その後、室温まで冷却し、共重合体溶液(A-1)を得た。各種物性を表1に示す。
【0155】
製造例2
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。
他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、ジメチル-2,2’―[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート(MD)10.0g、MAA26.0g、CHMA63.0g、MMA1.0g、PBO2.0g、PGMEA63.0g、及びPGME27.0gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM1.0g、PGMEA19.0gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA36.0gとPGME24.0gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。
次いで、反応槽に、重合禁止剤としてW400を0.2g、触媒としてTEA0.4gを仕込んだ。反応槽の温度が110℃に安定してから、IPO12.9gを3時間かけて滴下した。滴下終了後、110℃で更に12時間反応させた。その後、室温まで冷却し、共重合体溶液(A-2)を得た。各種物性を表1に示す。
【0156】
製造例3
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。
他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、2-アリルオキシメチルアクリル酸メチル(AMA)10.0g、MAA26.0g、CHMA63.0g、MMA1.0g、PBO2.0g、PGMEA63.0g、及びPGME27.0gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM1.0g、PGMEA19.0gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA36.0gとPGME24.0gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。
次いで、反応槽に、重合禁止剤としてW400を0.2g、触媒としてTEA0.4gを仕込んだ。反応槽の温度が110℃に安定してから、IPO12.9gを3時間かけて滴下した。滴下終了後、110℃で更に12時間反応させた。その後、室温まで冷却し、共重合体溶液(A-3)を得た。各種物性を表1に示す。
【0157】
製造例4
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。
他方、モノマー滴下槽中に、MAA26.0g、CHMA73.0g、MMA1.0g、PBO2.0gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM1.0g、PGMEA19.0gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA99.0gとPGME51.0gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。
次いで、反応槽に、重合禁止剤としてW400を0.2g、触媒としてTEAを0.4gを仕込んだ。反応槽の温度が110℃に安定してから、IPO12.9gを3時間かけて滴下した。滴下終了後、110℃で更に12時間反応させた。その後、室温まで冷却し、共重合体溶液(A-4)を得た。各種物性を表1に示す。
【0158】
製造例5
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。
他方、モノマー滴下槽中に、MAA26.0g、CHMA73.0g、MMA1.0g、PBO2.0gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM1.0g、PGMEA19.0gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA103.0gとPGME52.0gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。
次いで、反応槽に、メタクリル酸グリシジル(GMA)16.5g、重合禁止剤としてW400を0.2g、触媒としてTEAを0.4gを仕込み、110℃で2時間、115℃で6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、共重合体溶液(A-5)を得た。各種物性を表1に示す。
【0159】
製造例6
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。
他方、モノマー滴下槽中に、MAA17.0g、CHMA63.0g、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル(HEMA)20.0g、PBO2.0gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM1.0g、PGMEA19.0gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA105.0gとPGME53.0gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物及び連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。
次いで、反応槽に、重合禁止剤としてW400を0.2g、ジブチルスズジラウリレート0.05gを仕込み、反応槽の温度が50℃に安定してから、2-イソシアナトエチルメタクリレート(IEMA)18.6gを30分かけて滴下した。滴下終了後、50℃で更に3時間反応させた。その後、室温まで冷却し、共重合体溶液(A-6)を得た。各種物性を表1に示す。
【0160】
実施例1
上記共重合体溶液(A-1)8.98g(すなわち、アルカリ可溶性樹脂3.5g)、分散剤としてDISPERBYK-2001(不揮発分1.3g、酸価:19mgKOH/g、アミン価:29mgKOH/g;ビックケミー・ジャパン社製、以下byk2001と表す)2.77g、色材としての顔料(Clariant社製、商品名「C.I.ピグメントバイオレット23」;以下、PV23と表す)1.6gと染料(MP Biomnedicals社製、商品名「C.I.ソルベントブルー35」;以下、SB35と表す)6.4gを混合した。得られた混合物を、不揮発分濃度が20質量%となるようPGMEAで希釈し、ミルベースB1を得た。
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(共栄社化学社製、以下DPHAと表す)1.8gと、上記共重合体溶液(A-1)8.98g(すなわち、アルカリ可溶性樹脂3.5g)と、光重合開始剤としての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(BASFジャパン社製、商品名「IRGACURE(登録商標)369」;以下、Irg369と表す)1.9gと、PGMEAとを混合してクリアレジストB1を得た。
次いで、ミルベースB1とクリアレジストB1とを混合し、不揮発分濃度が20質量%となるようにPGMEAで希釈して、樹脂組成物B1を得た。
得られた樹脂組成物B1を上記評価(4)に供した。結果を表2に示す。
【0161】
(実施例2~4)
ミルベースとクリアレジストに含有させる共重合体溶液(A-1)に代えて、表2に示す共重合体溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物B2~B4を得た。いずれの実験例においても、ミルベースに含有させる共重合体溶液は、ミルベースに添加されるアルカリ可溶性樹脂が3.5g、またクリアレジストに含有させる共重合体溶液は、クリアレジストに添加されるアルカリ可溶性樹脂が3.5gとなるようにして用いた。
得られた樹脂組成物B2~B4を上記評価(4)に供した。結果を表2に示す。
【0162】
(比較例1~2)
ミルベースとクリアレジストに含有させる共重合体溶液(A-1)に代えて、表2に示す共重合体溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物B5~B6を得た。いずれの実験例においても、ミルベースに含有させる共重合体溶液は、ミルベースに添加されるアルカリ可溶性樹脂が3.5g、またクリアレジストに含有させる共重合体溶液は、クリアレジストに添加されるアルカリ可溶性樹脂が3.5gとなるようにして用いた。
得られた樹脂組成物B5~B6を上記評価(4)に供した。結果を表2に示す。
【0163】
(実施例5)
アルカリ可溶性樹脂として、上記共重合体溶液(A-1)8.98g(すなわち、樹脂3.5g)、分散剤としてDISPERBYK-2000(不揮発分1.3g、酸価:0mgKOH/g、アミン価:4mgKOH/g;ビックケミー・ジャパン社製、以下byk2000と表す)3.25g、色材として顔料のC.I.ピグメントグリーン36(Heubach製、以下PG36と表す)4.8gとC.I.ピグメントイエロー150(Lanxess製、以下PY150と表す)3.2gを225mlマヨネーズ瓶にはかり取り、不揮発分濃度が20質量%となるようPGMEAで希釈した。これに径1.0mmのジルコニアビーズ64gを加え、フタをした。これをペイントシェーカーで3時間振とうし、3時間後、顔料分散組成物とジルコニアビーズを分別し、0.5mmのジルコニアビーズ64gを加え、ペイントシェーカーでさらに3時間振とうした。その後、顔料分散組成物とジルコニアビーズを分別し、0.3mmのジルコニアビーズ64gを加え、ペイントシェーカーでさらに3時間振とうして、ミルベースG1を得た。
DPHA3.3gと、上記共重合体溶液(A-1)8.98g(すなわち、アルカリ可溶性樹脂3.5g)と、光重合開始剤としての2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノ-プロパン-1-オン(BASFジャパン社製、商品名「IRGACURE(登録商標)907」;以下Irg907と表す)を0.4gと、PGMEAとを混合してクリアレジストG1を得た。
次いで、ミルベースG1とクリアレジストG1とを混合し、不揮発分濃度が20質量%となるようにPGMEAで希釈した。ジルコニアビーズを除去した後、孔径1.0μmのフィルターで濾過し、樹脂組成物G1を得た。
得られた樹脂組成物G1を上記評価(5)に供した。結果を表3に示す。
【0164】
(実施例6~8)
ミルベースとクリアレジストに含有させる共重合体溶液(A-1)に代えて、表3に示す共重合体溶液を用いたこと以外は、実施例5と同様にして、樹脂組成物G2~G4を得た。いずれの実験例においても、ミルベースに含有させる共重合体溶液は、ミルベースに添加されるアルカリ可溶性樹脂が3.5g、またクリアレジストに含有させる共重合体溶液は、クリアレジストに添加されるアルカリ可溶性樹脂が3.5gとなるようにして用いた。
得られた樹脂組成物G2~G4を上記評価(5)に供した。結果を表3に示す。
【0165】
(比較例3~4)
ミルベースとクリアレジストに含有させる共重合体溶液(A-1)に代えて、表3に示す共重合体溶液を用いたこと以外は、実施例5と同様にして、樹脂組成物G5~G6を得た。いずれの実験例においても、ミルベースに含有させる共重合体溶液は、ミルベースに添加されるアルカリ可溶性樹脂が3.5g、またクリアレジストに含有させる共重合体溶液は、クリアレジストに添加されるアルカリ可溶性樹脂が3.5gとなるようにして用いた。
得られた樹脂組成物G5~G6を上記評価(5)に供した。結果を表3に示す。
【0166】
【表1】
【0167】
表1中の記載は下記を表す。
BzMI:ベンジルマレイミド
MD:ジメチル-2,2’―[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート
AMA:2-アリルオキシメチルアクリル酸メチル
MAA:メタクリル酸
CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル
MMA:メタクリル酸メチル
HEMA:メタクリル酸2-ヒドロキシエチル
IPO:2-イソプロペニル-2-オキサゾリン
GMA:メタクリル酸グリシジル
IEMA:2-イソシアナトエチルメタクリレート
【0168】
【表2】
【0169】
【表3】
【0170】
表1~3より、以下の事項を確認した。
製造例1~4で得られた共重合体(A-1)~(A-4)は、本発明の上記構造単位(A)を有する重合体に該当する。一方製造例5~6で得た共重合体(A-5)~(A-6)は、上記構造単位(A)を含まない点で、共重合体(A-1)~(A-4)とは相違する。
このような相違のもと色材と併用した際の樹脂組成物の硬化物の誘電率を比べると、共重合体(A-5)~(A-6)を用いた比較例1~2に対し、共重合体(A-1)~(A-4)を用いた実施例1~4では、誘電率が低いことが分かった(表2参照)。
【0171】
また共重合体(A-5)~(A-6)を用いた比較例3~4に対し、共重合体(A-1)~(A-4)を用いた実施例5~8では、樹脂組成物の分散安定性が良好であることが分かった(表3参照)。
表等には示していないが、実施例1~4で得た樹脂組成物B1~B4の硬化物は、透明性、現像性、耐溶剤性、基板との密着性等の各種物性にも優れるものであった。