(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】2023-10-16
(45)【発行日】2023-10-24
(54)【発明の名称】硬化性組成物、これを用いた硬化膜、および硬化膜を含むディスプレイ装置
(51)【国際特許分類】
G03F 7/027 20060101AFI20231017BHJP
G03F 7/004 20060101ALI20231017BHJP
C09D 4/02 20060101ALI20231017BHJP
G02B 5/20 20060101ALN20231017BHJP
【FI】
G03F7/027 502
G03F7/004 501
G03F7/004 504
C09D4/02
G02B5/20 101
(21)【出願番号】P 2021132132
(22)【出願日】2021-08-16
【審査請求日】2021-08-16
(31)【優先権主張番号】10-2020-0104367
(32)【優先日】2020-08-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】590002817
【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG SDI Co., LTD.
【住所又は居所原語表記】150-20 Gongse-ro,Giheung-gu,Yongin-si, Gyeonggi-do, 446-902 Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】IBC一番町弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】李 仁 宰
(72)【発明者】
【氏名】姜 龍 熙
(72)【発明者】
【氏名】金 鐘 基
(72)【発明者】
【氏名】朴 民 志
(72)【発明者】
【氏名】金 東 俊
(72)【発明者】
【氏名】李 範 珍
(72)【発明者】
【氏名】鄭▲みん▼潔
【審査官】塚田 剛士
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-131613(JP,A)
【文献】特開2020-118971(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第111454711(CN,A)
【文献】米国特許出願公開第2020/0248068(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03F 7/004 - 7/18
G02B 5/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)量子ドット;および
(B)重合性化合物
を含み、
前記重合性化合物は下記化学式1で表される化合物を含む、硬化性組成物であって、
前記重合性化合物は、両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物をさらに含み、
前記両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物は、下記化学式3で表される化合物であり、
前記重合性化合物の全質量に対して、
下記化学式1で表される化合物は、1.5~15質量%の含有量で含まれ、
前記両末端に炭素-炭素二重結合を有する化合物は、85~98.5質量%の含有量で含ま
れ、
前記硬化性組成物は無溶媒の硬化性組成物である、硬化性組成物:
【化1】
上記化学式1中、
R
aは、水素原子、または置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基であり、
L
aおよびL
bは、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1~20のオキシアルキレン基、または置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキレン基であり、この際、L
aおよびL
bは、互いに異なる:
【化2】
上記化学式3中、
R’およびR’’は、それぞれ独立して、水素原子または置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基であり、
L
dは、置換または非置換の炭素数5~20のアルキレン基である。
【請求項2】
前記置換または非置換の炭素数1~20のオキシアルキレン基は、下記化学式2で表される、請求項1に記載の硬化性組成物:
【化3】
上記化学式2中、
L
cは、置換または非置換の炭素数1~20のアルキレン基であり、
nは、1~10の整数である。
【請求項3】
前記化学式1で表される化合物は、前記硬化性組成物の全質量に対して0.5~10質量%の含有量で含まれる、請求項1または2に記載の硬化性組成物。
【請求項4】
前記両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物は、200~1,000g/molの重量平均分子量を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【請求項5】
前記量子ドットは、下記化学式4~化学式17で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物で表面改質された量子ドットである、請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【化4】
上記化学式4~化学式9中、
R
1~R
7は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1~10のアルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリール基であり、
L
1~L
16は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n1~n7は、それぞれ独立して、0~10の整数である:
【化5】
上記化学式10~化学式12中、
R
8およびR
9は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基であり、
L
17~L
23は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n8~n10は、それぞれ独立して、0~10の整数である:
【化6】
上記化学式13~化学式16中、
R
10~R
15は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは非置換の炭素数1~10のアルキル基であり、
L
24~L
29は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n11~n16は、それぞれ独立して、0~10の整数である:
【化7】
上記化学式17中、
R
16~R
18は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基であり、
L
30~L
32は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n17~n19は、それぞれ独立して、0~10の整数である。
【請求項6】
前記量子ドットは、500~680nmの波長領域で最大蛍光発光波長を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【請求項7】
前記硬化性組成物は、重合開始剤、光拡散剤、重合禁止剤、バインダー樹脂、またはこれらの組み合わせをさらに含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【請求項8】
前記光拡散剤は、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、二酸化チタン、ジルコニア、またはこれらの組み合わせを含む、請求項7に記載の硬化性組成物。
【請求項9】
前記無溶媒の硬化性組成物は、前記無溶媒の硬化性組成物の全質量を基準にして、
前記(A)量子ドット 1~60質量%;および
前記(B)重合性化合物 40~99質量%
の含有量で含む、請求項
1~8のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【請求項10】
前記硬化性組成物は、マロン酸;3-アミノ-1,2-プロパンジオール;シラン系カップリング剤;レベリング剤;フッ素系界面活性剤;またはこれらの組み合わせをさらに含む、請求項1~
9のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【請求項11】
請求項1~
10のいずれか1項に記載の硬化性組成物を硬化させてなる硬化膜。
【請求項12】
請求項
11に記載の硬化膜を含むディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、硬化性組成物、これを用いた硬化膜、および前記硬化膜を含むディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的な量子ドットの場合、疎水性を有する表面特性によって、分散される溶媒が制限的であり、これにより、バインダーや硬化性モノマーなどのような極性システムへの導入困難になっているのが事実である。
【0003】
一例として、活発に研究されている量子ドットインク組成物の場合にも、その初期段階では、相対的に極性度が低く疎水性が高い硬化型組成物に使用される溶媒に分散されるのがやっとの水準であった。そのため、組成物の総量に対して20質量%以上の量子ドットを含ませることが困難であり、インク組成物の光効率を一定水準以上に増加させることができない。光効率を増加させるために、無理やり量子ドットを追加投入して分散させても、インクジェッティング(Ink-jetting)が可能な粘度範囲(例えば、12mPa・s)を超えるようになり、工程性を満足させることができなかった。
【0004】
また、インクジェッティングが可能な粘度範囲を実現するために、組成物の総量に対して50質量%以上の溶媒を含ませてインク固形分含量を低減する方法を使用してきた。しかし、この方法も粘度の面ではある程度満足すべき結果を提供するが、インクジェッティングの際に、溶媒揮発によるノズル乾燥、ノズル目詰り現象、インクジェッティング後の経時による単膜減少などの問題と共に硬化後の厚さの偏差が激しくなって、実際の工程に適用し難い短所を有する。
【0005】
したがって、量子ドットを含むインク組成物は、溶媒を含まない無溶媒タイプが実際の工程に適用するのに最も好ましい形態であり、現在の量子ドット自体を、溶媒を含むの組成物に適用する技術は、もうある程度限界に至ったと評価されている。
【0006】
現在までに報告されたところでは、実際の工程に適用するのに最も好ましい溶媒を含むの組成物の場合、量子ドットの含有量に起因する粘度の限界によって、光効率および吸収率を増加させ難い状況である。一方、他の改善の試みとして、量子ドット含有量を低減し光拡散剤(散乱体)の含有量を増加させる方法も試みられているが、これも沈降の問題や低い光効率の問題を改善できずにいる。
【0007】
よって、無溶媒の組成物に対するニーズが次第に大きくなっているが、無溶媒の組成物の場合、硬化時に高い収縮率によって硬化段階または後工程の進行の間に、密着力が低下し、パターンが脱離される現象が発生するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】韓国公開特許第2016-0147857号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の一実施形態によれば、高い光効率を有しながら、パターンの密着性に優れ、パターンの浮き上がりなどの工程の問題を最少化することができる硬化性組成物を提供することを目的とする。
【0010】
本発明の他の一実施形態によれば、上記硬化性組成物を用いて製造された硬化膜を提供することを目的とする。
【0011】
本発明のさらに他の一実施形態は、上記硬化膜を含むディスプレイ装置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】
【0012】
本発明の一実施形態は、(A)量子ドット;および(B)重合性化合物を含み、前記重合性化合物は、下記化学式1で表される化合物を含む、硬化性組成物を提供する。
【0013】
【0014】
上記化学式1中、
Raは、水素原子、または置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基であり、
LaおよびLbは、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1~20のオキシアルキレン基、または置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキレン基であり、この際、LaおよびLbは、互いに異なる。
【0015】
上記置換もしくは非置換の炭素数1~20のオキシアルキレン基は、下記化学式2で表すことができる。
【0016】
【0017】
上記化学式2中、
Lcは、置換または非置換の炭素数1~20のアルキレン基であり、
nは、1~10の整数である。
【0018】
上記化学式1で表される化合物は、上記硬化性組成物の全質量に対して0.5~10質量%で含まれてもよい。
【0019】
上記重合性化合物は、両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物をさらに含むことができる。
【0020】
上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物は、200~1,000g/molの重量平均分子量を有することができる。
【0021】
上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物は、下記化学式3で表すことができる。
【0022】
【0023】
上記化学式3中、
R’およびR’’は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基であり、
Ldは、置換または非置換の炭素数5~20のアルキレン基である。
【0024】
上記重合性化合物の全質量に対して、上記化学式1で表される化合物は、1~15質量%の含有量で含まれ、上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する化合物は85~99質量%の含有量で含まれてもよい。
【0025】
上記量子ドットは、下記化学式4~化学式17で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1つの化合物で表面改質された量子ドットであってもよい。
【0026】
【0027】
上記化学式4~化学式9中、
R1~R7は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1~10のアルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリール基であり、
L1~L16は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n1~n7はそれぞれ独立して、0~10の整数である。
【0028】
【0029】
上記化学式10~化学式12中、
R8およびR9は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基であり、
L17~L23は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n8~n10は、それぞれ独立して、0~10の整数である。
【0030】
【0031】
上記化学式13~化学式16中、
R10~R15は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは非置換の炭素数1~10のアルキル基であり、
L24~L29は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n11~n16は、それぞれ独立して、0~10の整数である。
【0032】
【0033】
上記化学式17中、
R16~R18は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基であり、
L30~L32は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n17~n19は、それぞれ独立して、0~10の整数である。
【0034】
上記量子ドットは、500~680nmの波長領域で最大蛍光発光波長を有することができる。
【0035】
上記硬化性組成物は、重合開始剤、光拡散剤、重合禁止剤、バインダー樹脂、またはこれらの組み合わせをさらに含むことができる。
【0036】
上記光拡散剤は、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、二酸化チタン、ジルコニアまたはこれらの組み合わせを含むことができる。
【0037】
上記硬化性組成物は、無溶媒の硬化性組成物であってもよい。
【0038】
上記無溶媒の硬化性組成物は、上記無溶媒の硬化性組成物全質量を基準にして、上記(A)量子ドット 1~60質量%;および上記(B)重合性化合物 40~99質量%を含むことができる。
【0039】
上記硬化性組成物は、マロン酸;3-アミノ-1,2-プロパンジオール;シラン系カップリング剤;レベリング剤;フッ素系界面活性剤;またはこれらの組み合わせをさらに含むことができる。
【0040】
上記硬化性組成物は、溶媒をさらに含むことができる。この際、上記硬化性組成物は、上記硬化性組成物の全質量を基準にして、上記(A)量子ドット 1~40質量%;上記(B)重合性化合物 1~20質量%;および上記溶媒 40~80質量%を含むことができる。
【0041】
本発明の他の一実施形態は、上記硬化性組成物を硬化させてなる硬化膜を提供する。
【0042】
また、本発明のさらに他の一実施形態は、上記硬化膜を含むディスプレイ装置を提供する。
【発明の効果】
【0043】
本発明によれば、高い光効率を有しながら、パターンの密着性に優れ、パターンの浮き上がりなどの工程の問題を最少化することができる硬化性組成物が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【
図1】実施例1による硬化性組成物を基板上に塗布して現像した後のパターンに対するクロスカット評価写真である。
【
図2】実施例2による硬化性組成物を基板上に塗布して現像した後のパターンに対するクロスカット評価写真である。
【
図3】実施例3による硬化性組成物を基板上に塗布して現像した後のパターンに対するクロスカット評価写真である。
【
図4】比較例1による硬化性組成物を基板上に塗布して現像した後のパターンに対するクロスカット評価写真である。
【
図5】比較例2による硬化性組成物を基板上に塗布して現像した後のパターンに対するクロスカット評価写真である。
【発明を実施するための形態】
【0045】
以下、本発明の実施形態を詳しく説明する。ただし、これは例示として提示されるものであって、これによって本発明が制限されるわけではなく、本発明は後述の特許請求の範囲の範疇によって定義されるだけである。
【0046】
本明細書で特別な言及がない限り、“アルキル基”とは炭素数1~20のアルキル基を意味し、“アルケニル基”とは炭素数2~20のアルケニル基を意味し、“シクロアルケニル基“とは炭素数3~20のシクロアルケニル基を意味し、“ヘテロシクロアルケニル基”とは炭素数3~20のヘテロシクロアルケニル基を意味し、“アリール基”とは炭素数6~20のアリール基を意味し、“アリールアルキル基”とは炭素数7~20のアリールアルキル基を意味し、“アルキレン基”とは炭素数1~20のアルキレン基を意味し、“アリーレン基”とは炭素数6~20のアリーレン基を意味し、“アルキルアリーレン基”とは炭素数7~20のアルキルアリーレン基を意味し、“ヘテロアリーレン基”とは炭素数3~20のヘテロアリーレン基を意味し、“アルコキシレン基”とは炭素数1~20のアルコキシレン基を意味する。
【0047】
本明細書で特別な言及がない限り、“置換”とは少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子(F、Cl、Br、I)、ヒドロキシ基、炭素数1~20のアルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミン基、イミノ基、アジド基、アミジノ基、ヒドラジノ基、ヒドラゾノ基、カルボニル基、カルバモイル基、チオール基、エステル基、エーテル基、カルボキシ基もしくはその塩の基、スルホン酸基もしくはその塩の基、リン酸基もしくはその塩の基、炭素数1~20のアルキル基、炭素数2~20のアルケニル基、炭素数2~20のアルキニル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数3~20のシクロアルキル基、炭素数3~20のシクロアルケニル基、炭素数3~20のシクロアルキニル基、炭素数2~20のヘテロシクロアルキル基、炭素数2~20のヘテロシクロアルケニル基、炭素数2~20のヘテロシクロアルキニル基、炭素数3~20のヘテロアリール基、またはこれらの組み合わせの置換基で置換されたことを意味する。
【0048】
また、本明細書で特別な言及がない限り、“ヘテロ”とは、化学式内にN、O、S、およびPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子が少なくとも1つ含まれていることを意味する。
【0049】
また、本明細書で特別な言及がない限り、“(メタ)アクリレート”は“アクリレート”と“メタクリレート”との両方が可能であることを意味し、“(メタ)アクリル酸”は“アクリル酸”と“メタクリル酸”との両方が可能であることを意味する。
【0050】
本明細書で特別な言及がない限り、“組み合わせ”とは、混合または共重合を意味する。
【0051】
本明細書内の化学式で別途の定義がない限り、化学結合が描かれなければならない位置に化学結合が描かれていない場合は、その位置に水素原子が結合されていることを意味する。
【0052】
本明細書で特別な言及がない限り、“*”は、同一であるか異なる原子または化学式と連結される部分を意味する。
【0053】
本発明の一実施形態による硬化性組成物は、(A)量子ドット;および(B)重合性化合物を含み、上記重合性化合物は下記化学式1で表される化合物を含む。
【0054】
【0055】
上記化学式1中、
Raは、水素原子、または置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基であり、
LaおよびLbは、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1~20のオキシアルキレン基、または置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキレン基であり、この際、LaおよびLbは、互いに異なる。
【0056】
前述のように硬化性組成物は、硬化時に高い収縮率によって、形成されたパターンの密着性が低下して、パターンが浮き上がるか脱離する現象が継続的に発生するという問題がある。このような問題を解決するために、現在は、量子ドットの合成時にコアのサイズをさらに小さくして、発光時に波長をブルーシフトさせる方法を多く使用している。しかし、この場合、硬化性組成物がコーティング後に硬化する際、単膜内で耐光性および耐熱性が低下する短所がある。よって、本発明者らは数多くの試行錯誤を経た後、パターンの脱離を防止するために、上記化学式1で表される重合性化合物を適用して、パターンと界面との間の密着性を増大させ、さらに量子ドット表面を特定のリガンドで表面改質することによって、硬化時に量子ドット同士が凝集する現象を改善して、耐光性および耐熱性が低下することを解消した。
【0057】
以下で、各成分について具体的に説明する。
【0058】
(B)重合性化合物
例えば、上記化学式1で表される化合物はオキシアルキレン基を含み、上記オキシアルキレン基は、下記化学式2で表すことができる。
【0059】
【0060】
上記化学式2中、
Lcは、置換または非置換の炭素数1~20のアルキレン基であり、
nは、1~10の整数である。
【0061】
本発明の一実施形態による硬化性組成物は、上記化学式1で表される化合物を含むことによって、高い密着性を達成することができ、これは工程性の向上に繋がるようになる。
【0062】
例えば、上記化学式1で表される化合物は、上記硬化性組成物の全質量に対して0.5~10質量%、例えば1~5質量%で含まれてもよい。上記化学式1で表される化合物が上記硬化性組成物の全質量に対して0.5質量%未満で含まれる場合、パターンの密着性の増大効果を得ることができず、10質量%を超えて含まれる場合、追加的なパターンの密着性の増大効果を得にくく、非経済であり、粘度の経時変化が激しくなって、むしろ工程性の低下の原因になることがある。
【0063】
上記重合性化合物は、例えば、両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物をさらに含むことができる。
【0064】
上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物は、上記硬化性組成物が無溶媒の硬化性組成物である場合、上記硬化性組成物の全質量に対して39~98質量%、例えば40~85質量%、例えば40~80質量%で含まれてもよい。両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物の含有量が上記の範囲内である場合、インクジェッティングが可能な粘度を有する無溶媒の硬化性組成物の製造が可能であり、また、製造された無溶媒の硬化性組成物に含まれる量子ドットが優れた分散性を有することができて、光特性も向上できる。
【0065】
また、上記硬化性組成物が溶媒を含む硬化性組成物である場合、上記末端に炭素-炭素二重結合を有する化合物は、上記硬化性組成物の全質量に対して1~20質量%、例えば、5~20質量%の含有量で含まれてもよい。上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する化合物が上記の含有量の範囲で含まれる場合、上記量子ドットの光特性を向上させることができる。
【0066】
例えば、上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物は、200~1,000g/molの重量平均分子量を有することができる。上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物の重量平均分子量が上記の範囲内である場合、量子ドットの光特性を阻害しないと共に、組成物の粘度を高めることはなく、インクジェッティングに有利であり得る。なお、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(GPC)により測定されたポリスチレン換算の値である。
【0067】
例えば、上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物は、下記化学式3で表されるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【0068】
【0069】
上記化学式3中、
R’およびR’’はそれぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基であり、
Ldは、置換または非置換の炭素数5~20のアルキレン基である。
【0070】
例えば、上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する化合物は、下記化学式3-1または化学式3-2で表されるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【0071】
【0072】
例えば、上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する化合物は、上記化学式3-1または化学式3-2で表される化合物以外にも、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アクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ペンタエリトリトールジアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ジペンタエリトリトールジアクリレート、ジペンタエリトリトールトリアクリレート、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート、ペンタエリトリトールヘキサアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ノボラックエポキシアクリレート、エチ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メタクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、1,4-ブタンジオールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、またはこれらの組み合わせをさらに含むことができる。
【0073】
また、上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する重合性化合物と共に、従来の熱硬化性または光硬化性組成物に一般に使用される単量体を上記重合性化合物としてさらに使用することができる。例えば、上記単量体は、ビス[1-エチル(3-オキセタニル)]メチルエーテルなどのオキセタン系化合物などをさらに含むことができる。
【0074】
例えば、上記重合性化合物の全質量に対して、上記化学式1で表される化合物は、1.5~15質量%の含有量で含まれ、上記両末端に炭素-炭素二重結合を有する化合物は、85~98.5質量%の含有量で含まれてもよい。上記含有量の範囲で含まれる場合、界面に対するパターンの密着力を極大化することができる。
【0075】
(A)量子ドット
本発明の一実施形態による硬化性組成物に含まれる量子ドットは、極性基を有するリガンド、例えば、上記重合性化合物と親和性の高いリガンドで表面改質された量子ドットであり得る。上記のように表面改質された量子ドットの場合、高濃度あるいは高濃縮量子ドット分散液の製造が非常に容易(重合性化合物に対する量子ドットの分散性向上)であって、光効率改善に大きな影響を与えることができ、特に無溶媒の硬化性組成物の実現に有利であり得る。
【0076】
例えば、上記極性基を有するリガンドは、上記重合性化合物の化学構造と親和性の高い構造を有することができる。
【0077】
例えば、上記極性基を有するリガンドは、下記化学式4~化学式17で表される化合物のうちの少なくとも1つであり得るが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【0078】
【0079】
上記化学式4~化学式9中、
R1~R7は。それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1~10のアルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリール基であり、
L1~L16は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n1~n7は、それぞれ独立して、0~10の整数である。
【0080】
【0081】
上記化学式10~化学式12中、
R8およびR9は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基であり、
L17~L23は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n8~n10は、それぞれ独立して、0~10の整数である。
【0082】
【0083】
上記化学式13~化学式16中、
R10~R15は、それぞれ独立して、水素原子、または置換もしくは非置換の炭素数1~10のアルキル基であり、
L24~L29は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n11~n16は、それぞれ独立して、0~10の整数である。
【0084】
【0085】
上記化学式17中、
R16~R18は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基であり、
L30~L32は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であり、
n17~n19は、それぞれ独立して、0~10の整数である。
【0086】
例えば、上記化学式4~化学式17で表される化合物は、下記化学式A~化学式Qで表される化合物のうちのいずれか1つであり得るが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【0087】
【0088】
【0089】
【0090】
【0091】
上記リガンドを使用する場合、量子ドットの表面改質がさらに容易であって、上記リガンドで表面改質された量子ドットを、前述の単量体に投入して攪拌すれば、非常に透明な分散液を得ることができ、これは量子ドットの表面改質が非常によく行われたのを確認する尺度となる。
【0092】
例えば、上記量子ドットは500~680nmの波長領域で最大蛍光発光波長を有することができる。
【0093】
例えば、本発明の一実施形態による硬化性組成物が無溶媒の硬化性組成物である場合、上記量子ドットは、硬化性組成物の全質量に対して1~60質量%、例えば5~60質量%、例えば10~60質量%、例えば20~60質量%、例えば30~50質量%の含有量で含まれてもよい。上記量子ドットの含有量が上記の範囲内に含まれる場合、硬化後にも高い光維持率および光効率を達成することができる。
【0094】
例えば、本発明の一実施形態による硬化性組成物が溶媒を含む硬化性組成物である場合、上記量子ドットは、硬化性組成物の全質量に対して1~40質量%、例えば1~30質量%、例えば3~20質量%で含まれてもよい。上記量子ドットの含有量が上記の範囲内に含まれる場合、光変換率に優れてパターン特性と現像特性とを阻害せず、優れた工程性を有することができる。
【0095】
例えば、上記量子ドットは、360~780nmの波長領域、例えば400~780nmの波長領域の光を吸収して、500~700nmの波長領域、例えば500~580nmの波長領域で蛍光を放出するか、600~680nmの波長領域で蛍光を放出することができる。すなわち、上記量子ドットは500nm~680nmの波長領域で最大蛍光発光波長(fluorescence λem)を有することができる。
【0096】
上記量子ドットは、それぞれ独立して、20~100nm、例えば20~50nmの半値幅(半値全幅)(Full width at half maximum;FWHM)を有することができる。上記量子ドットが上記範囲の半値幅を有する場合、色純度が高いことによって、カラーフィルター内の色材料として使用した際、色再現率が高まる効果がある。
【0097】
上記量子ドットは、それぞれ独立して、有機物であるか、無機物であるか、または有機物と無機物とのハイブリッド(混成物)であってもよい。
【0098】
上記量子ドットは、それぞれ独立して、コアおよび当該コアを覆うシェルから構成でき、コアおよびシェルは、それぞれ独立して、II-IV族、III-V族などからなるコア、コア/シェル、コア/第1シェル/第2シェル、合金、合金/シェルなどの構造を有することができ、これらに限定されるものではない。
【0099】
例えば、コアは、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAsおよびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも1種の物質を含むことができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。コアを覆うシェルは、CdSe、ZnSe、ZnS、ZnTe、CdTe、PbS、TiO、SrSe、HgSeおよびこれらの合金からなる群より選択された少なくとも一つ以上の物質を含むことができるが、必ずしもこれに限定されるのではない。
【0100】
本発明の一実施形態において、近年、全世界的に環境に対する関心が大きく増加し、有毒性物質に対する規制が強化されているため、カドミウム系コアを有する発光物質の代わりに、量子効率(quantum yield)は多少低いが、環境にやさしい非カドミウム系発光材料(InP/ZnS、InP/ZeSe/ZnSなど)を使用した。しかし、必ずしもこれに限定されるものではない。
【0101】
コア/シェル構造の量子ドットの場合、シェルを含む全体の量子ドットそれぞれの大きさ(平均粒径)は1~15nm、例えば5~15nmであってもよい。
【0102】
例えば、上記量子ドットはそれぞれ独立して、赤色量子ドット、緑色量子ドットまたはこれらの組み合わせを含むことができる。上記赤色量子ドットは、それぞれ独立して、10~15nmの平均粒径を有することができる。上記緑色量子ドットは、それぞれ独立して、5~8nmの平均粒径を有することができる。
【0103】
一方、上記量子ドットの分散安定性のために、本発明の一実施形態による硬化性組成物は、分散剤をさらに含んでもよい。上記分散剤は、量子ドットのような光変換物質が硬化性組成物の中で均一に分散されるように助けるものであって、非イオン性、陰イオン性または陽イオン性分散剤を全て使用することができる。具体的には、ポリアルキレングリコールまたはそのエステル類、ポリオキシアルキレン、多価アルコールエステルアルキレンオキシド付加物、アルコールアルキレンオキシド付加物、スルホン酸エステル、スルホン酸塩、カルボン酸エステル、カルボン酸塩、アルキルアミドアルキレンオキシド付加物、アルキルアミンなどを使用することができ、これらは単独でもまたは2種以上を混合しても使用することができる。上記分散剤は、量子ドットのような光変換物質の固形分に対して0.1~100質量%、例えば10~20質量%の含有量で使用できる。
【0104】
<光拡散剤(または光拡散剤分散液)>
本発明の一実施形態による硬化性組成物は、光拡散剤をさらに含むことができる。
【0105】
例えば、上記光拡散剤は、硫酸バリウム(BaSO4)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、ジルコニア(ZrO2)、またはこれらの組み合わせを含むことができる。
【0106】
上記光拡散剤は、前述の量子ドットに吸収されない光を反射させ、反射された光を量子ドットが再び吸収できるようにする。すなわち、光拡散剤は量子ドットに吸収される光の量を増加させて、硬化性組成物の光変換効率を増加させることができる。
【0107】
光拡散剤は、平均粒径(D50)が150~250nmであってもよく、具体的には180~230nmであってもよい。光拡散剤の平均粒径が上記の範囲内である場合、より優れた光拡散効果を有することができ、光変換効率を増加させることができる。
【0108】
光拡散剤は、硬化性組成物の全質量に対して0.01~20質量%、例えば5~10質量%で含まれてもよい。例えば、光拡散剤は、上記の無溶媒の硬化性組成物を構成する固形分基準で、0.01~10質量%の含有量で含まれてもよい。光拡散剤が硬化性組成物の全質量に対して0.01質量%未満で含まれる場合、光拡散剤を使用することによる光変換効率の向上効果を期待しにくく、20質量%を超えて含む場合には、量子ドットの沈降の問題が発生するおそれがある。
【0109】
<重合開始剤>
本発明の一実施形態による硬化性組成物は、重合開始剤をさらに含むことができ、例えば、光重合開始剤、熱重合開始剤、またはこれらの組み合わせを含むことができる。
【0110】
光重合開始剤は、硬化性組成物に一般に使用される開始剤であって、例えば、アセトフェノン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物、ベンゾイン系化合物、トリアジン系化合物、オキシム系化合物、アミノケトン系化合物などを使用することができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【0111】
上記アセトフェノン系化合物の例としては、2,2’-ジエトキシアセトフェノン、2,2’-ジブトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、p-t-ブチルトリクロロアセトフェノン、p-t-ブチルジクロロアセトフェノン、4-クロロアセトフェノン、2,2’-ジクロロ-4-フェノキシアセトフェノン、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、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタン-1-オンなどが挙げられる。
【0112】
上記ベンゾフェノン系化合物の例としては、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ジメチルアミノベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-2-メトキシベンゾフェノンなどが挙げられる。
【0113】
上記チオキサントン系化合物の例としては、チオキサントン、2-メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントン、2-クロロチオキサントンなどが挙げられる。
【0114】
上記ベンゾイン系化合物の例としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタルなどが挙げられる。
【0115】
上記トリアジン系化合物の例としては、2,4,6-トリクロロ-s-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(3’,4’-ジメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4’-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-トリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-ビフェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、ビス(トリクロロメチル)-6-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-メトキシナフト-1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-4-ビス(トリクロロメチル)-6-ピペロニル-s-トリアジン、2-4-ビス(トリクロロメチル)-6-(4-メトキシスチリル)-s-トリアジンなどが挙げられる。
【0116】
上記オキシム系化合物の例としては、O-アシルオキシム系化合物、2-(O-ベンゾイルオキシム)-1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-1,2-オクタンジオン、1-(O-アセチルオキシム)-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]エタノン、O-エトキシカルボニル-α-オキシアミノ-1-フェニルプロパン-1-オンなどを使用することができる。上記O-アシルオキシム系化合物の具体的な例としては、1,2-オクタンジオン、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチルベンジル)-1-(4-モルホリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)-ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-ベンゾエート、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)-オクタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-ベンゾエート、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)-オクタン-1-オンオキシム-O-アセテート、および1-(4-フェニルスルファニルフェニル)-ブタン-1-オンオキシム-O-アセテートなどが挙げられる。
【0117】
上記アミノケトン系化合物の例としては、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン-1(2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butanone-1)などが挙げられる。
【0118】
上記光重合開始剤としては、上記の化合物以外にもカルバゾール系化合物、ジケトン類化合物、スルホニウムボレート系化合物、ジアゾ系化合物、イミダゾール系化合物、ビイミダゾール系化合物などを使用することができる。
【0119】
光重合開始剤は、光を吸収して励起状態になった後に、そのエネルギーを伝達することによって化学反応を起こす光増感剤と共に使用されてもよい。
【0120】
上記光増感剤の例としては、テトラエチレングリコールビス-3-メルカプトプロピオネート、ペンタエリトリトールテトラキス-3-メルカプトプロピオネート、ジペンタエリトリトールテトラキス-3-メルカプトプロピオネートなどが挙げられる。
【0121】
上記熱重合開始剤の例としては、ペルオキシド、具体的に、ベンゾイルペルオキシド、ジベンゾイルペルオキシド、ラウリルペルオキシド、ジラウリルペルオキシド、ジ-tert-ブチルペルオキシド、シクロヘキサンペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、ヒドロペルオキシド(例えば、tert-ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド)、ジシクロヘキシルペルオキシジカーボネート、2,2-アゾ-ビス(イソブチロニトリル)、t-ブチルペルベンゾエートなどが挙げられ、2,2’-アゾビス-2-メチルプロピオニトリルなども挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、当業界に広く知られたものであれば何れも使用することができる。
【0122】
重合開始剤は、硬化性組成物の全質量に対して0.01~5質量%、例えば、0.1~3質量%の含有量で含まれてもよい。重合開始剤の含有量が上記の範囲内に含まれる場合、露光または熱硬化時に硬化が十分に起こって、優れた信頼性を得ることができ、未反応の開始剤による透過率の低下を防止して、量子ドットの光特性低下を防止することができる。
【0123】
<重合禁止剤>
量子ドットの安定性および分散性の向上のために、本発明の一実施形態による硬化性組成物は、重合禁止剤をさらに含むことができる。
【0124】
上記重合禁止剤は、ヒドロキノン系化合物、カテコール系化合物、またはこれらの組み合わせを含むことができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。本発明の一実施形態による硬化性組成物が、上記のヒドロキノン系化合物、カテコール系化合物、またはこれらの組み合わせをさらに含むことによって、硬化性組成物を印刷(コーティング)した後、露光する間に常温での架橋を防止することができる。
【0125】
例えば、上記ヒドロキノン系化合物、カテコール系化合物、またはこれらの組み合わせは、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、メトキシヒドロキノン、t-ブチルヒドロキノン、2,5-ジ-t-ブチルヒドロキノン、2,5-ビス(1,1-ジメチルブチル)ヒドロキノン、2,5-ビス(1,1,3,3-テトラメチルブチル)ヒドロキノン、カテコール、t-ブチルカテコール、4-メトキシフェノール、ピロガロール、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、2-ナフトール、トリス(N-ヒドロキシ-N-ニトロソフェニルアミナト-O,O’)アルミニウム(Tris(N-hydroxy-N-nitrosophenylaminato-O,O’)aluminium)またはこれらの組み合わせを含むことができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【0126】
上記ヒドロキノン系化合物、カテコール系化合物、またはこれらの組み合わせは、分散液の形態で使用でき、分散液形態の重合禁止剤は、上記硬化性組成物の全質量に対して、0.001~3質量%、例えば0.1~2質量%の含有量で含まれてもよい。重合禁止剤の含有量が上記の範囲内にである場合、常温での経時の問題を解決すると同時に、感度低下および表面剥離現象を防止することができる。
【0127】
<バインダー樹脂>
バインダー樹脂は、アクリル系樹脂、カルド系樹脂、エポキシ樹脂、またはこれらの組み合わせを含むことができる。
【0128】
上記アクリル系樹脂は、第1のエチレン性不飽和単量体およびこれと共重合可能な第2のエチレン性不飽和単量体の共重合体であって、1つ以上のアクリル系の繰り返し単位を含む樹脂であってもよい。
【0129】
アクリル系バインダー樹脂の具体的な例としては、ポリベンジルメタクリレート、(メタ)アクリル酸/ベンジルメタクリレート共重合体、(メタ)アクリル酸/ベンジルメタクリレート/スチレン共重合体、(メタ)アクリル酸/ベンジルメタクリレート/2-ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、(メタ)アクリル酸/ベンジルメタクリレート/スチレン/2-ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、これらを単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。
【0130】
アクリル系樹脂の重量平均分子量は、5,000~15,000g/molであり得る。アクリル系樹脂の重量平均分子量が上記の範囲内である場合、基板との密着性に優れ、物理的、化学的物性に優れ、粘度が適切である。
【0131】
アクリル系樹脂の酸価は、80~130mgKOH/gであり得る。アクリル系樹脂の酸価が上記の範囲内である場合、ピクセルパターンの解像度が優れる。
【0132】
上記カルド系樹脂としては、通常の硬化性樹脂(または感光性樹脂)組成物に使用されるものを使用することができ、例えば、韓国公開特許第10-2018-0067243号公報で提示されたものを使用することができるが、これに限定されない。
【0133】
上記カルド系樹脂は、例えば、9,9-ビス(4-オキシラニルメトキシフェニル)フルオレンなどのフルオレン含有化合物;ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ペリレンテトラカルボン酸二無水物、テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、テトラヒドロフタル酸無水物などの酸無水物;エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコールなどのグリコール化合物;メタノール、エタノール、プロパノール、n-ブタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコールなどのアルコール化合物;プロピレングリコールメチルエチルアセテート、N-メチルピロリドンなどの化合物;トリフェニルホスフィンなどのリン化合物;およびテトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムブロミド、ベンジルジエチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ベンジルトリエチルアンモニウムクロリドなどのアミンまたはアンモニウム塩化合物のうちの2つ以上を混合して製造することができる。
【0134】
カルド系樹脂の重量平均分子量は、500~50,000g/mol、例えば1,000~30,000g/molであり得る。カルド系樹脂の重量平均分子量が上記の範囲内である場合、硬化膜の製造時に残渣がなくパターン形成が行われ、溶媒を含む硬化性組成物の現像時に膜厚の損失がなく、良好なパターンを得ることができる。
【0135】
上記バインダー樹脂がカルド系樹脂である場合、これを含む硬化性組成物、特に感光性樹脂組成物の現像性に優れ、光硬化時の感度が良くて微細パターン形成性に優れる。
【0136】
上記エポキシ樹脂は、熱によって重合されるモノマー(monomer)またはオリゴマー(oligomer)であって、炭素-炭素不飽和結合および炭素-炭素環状結合を有する化合物などを含むことができる。
【0137】
上記エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、および脂肪族ポリグリシジルエーテルなどを含むことができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【0138】
このような化合物の市販品としては、ビスフェノールエポキシ樹脂の例として、三菱ケミカル株式会社製のYX4000、YX4000H、YL6121H、YL6640、YL6677;クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の例としては、日本化薬株式会社製のEOCN-102、EOCN-103S、EOCN-104S、EOCN-1020、EOCN-1025、EOCN-1027、および三菱ケミカル株式会社製のjER(登録商標、以下同じ)180S75;ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては三菱ケミカル株式会社製のjER1001、1002、1003、1004、1007、1009、1010および828;ビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、三菱ケミカル株式会社製のjER807および834;フェノールノボラック型エポキシ樹脂としては、三菱ケミカル株式会社製のjER152、154、157H65および日本化薬株式会社製のEPPN201、202;その他の環状脂肪族エポキシ樹脂としては、CIBA-GEIGY A.G社製のCY175、CY177およびCY179、U.C.C社製のERL-4234、ERL-4299、ERL-4221およびERL-4206、昭和電工株式会社製のショーダイン509、CIBA-GEIGY A.G社製のアラルダイトCY-182、CY-192およびCY-184、DIC株式会社製のエピクロン(登録商標)200および400、三菱ケミカル株式会社製のjER871、872、およびEP1032H60、セラニーズコーティング株式会社製のED-5661およびED-5662;脂肪族ポリグリシジルエーテルとしては、三菱ケミカル株式会社製のjER190Pおよび191P、共栄社化学株式会社製のエポライト(登録商標)100MF、日油株式会社製のエピオール(登録商標)TMPなどが挙げられる。
【0139】
例えば、本発明の一実施形態による硬化性組成物が無溶媒の硬化性組成物である場合、バインダー樹脂は、硬化性組成物の全質量に対して0.5~10質量%、例えば1~5質量%で含まれてもよい。この場合、上記無溶媒の硬化性組成物の耐熱性および耐薬品性を向上させることができ、組成物の貯蔵安定性も改善することができる。
【0140】
例えば、本発明の一実施形態による硬化性組成物が溶媒を含む硬化性組成物である場合、上記バインダー樹脂は、硬化性組成物の全質量に対して1~30質量%、例えば3~20質量%で含まれてもよい。この場合、パターン特性と耐熱性および耐薬品性を向上させることができる。
【0141】
<その他の添加剤>
本発明の一実施形態による硬化性組成物は、耐熱性および信頼性の向上のために、マロン酸;3-アミノ-1,2-プロパンジオール;シラン系カップリング剤;レべリング剤;フッ素系界面活性剤;またはこれらの組み合わせをさらに含むことができる。
【0142】
例えば、本発明の一実施形態による硬化性組成物は、基板との密着性などを改善するために、ビニル基、カルボキシル基、メタクリルオキシ基、イソシアネート基、エポキシ基などの反応性置換基を有するシランカップリング剤をさらに含むことができる。
【0143】
上記シランカップリング剤の例としては、トリメトキシシリル安息香酸、γメタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γイソシアネート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、βエポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシランなどが挙げられ、これらを単独でまたは2種以上混合して使用することができる。
【0144】
上記シランカップリング剤は、上記硬化性組成物100質量部に対して0.01~10質量部で含まれてもよい。シランカップリング剤の含有量が上記の範囲内に含まれる場合、密着性、貯蔵性などに優れる。
【0145】
また、上記硬化性組成物は、必要によってコーティング性向上および欠点生成防止効果のために、すなわち、レベリング性能を改善するために、界面活性剤、例えばフッ素系界面活性剤をさらに含むことができる。
【0146】
フッ素系界面活性剤は、4,000~10,000g/molの低い重量平均分子量を有することができ、具体的には6,000~10,000g/molの重量平均分子量を有することができる。また、フッ素系界面活性剤は、表面張力が18~23mN/m(0.1%プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)溶液で測定)であり得る。フッ素系界面活性剤の重量平均分子量および表面張力が上記の範囲内である場合、レベリング性能をさらに改善することができ、高速コーティング時に染みの発生を防止することができ、気泡発生が少なく膜欠陥が少ないため、高速コーティング法であるスリットコーティングに優れた特性を付与することができる。
【0147】
上記フッ素系界面活性剤としては、BM Chemie社のBM-1000、BM-1100など;DIC株式会社製のメガファック(登録商標) F 142D、同F 172、同F 173、同F 183など;3M社製のフロラード(登録商標)FC-135、同FC-170C、同FC-430、同FC-431など;AGCセイミケミカル株式会社製のサーフロン(登録商標)S-112、同S-113、同S-131、同S-141、同S-145など;デュポン・東レ・スペシャルティ・マテリアル株式会社製のSH-28PA、同-190、同-193、SZ-6032、SF-8428など;DIC株式会社製のF-482、F-484、F-478、F-554などの名称で市販されているフッ素系界面活性剤を使用することができる。
【0148】
また、本発明の一実施形態による硬化性組成物は、前述のフッ素系界面活性剤と共にシリコン系界面活性剤を使用してもよい。上記シリコン系界面活性剤の具体的な例としては、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のTSF400、TSF401、TSF410、TSF4440などがあるが、これらに限定されるものではない。
【0149】
上記フッ素系界面活性剤などを含む界面活性剤は、上記硬化性組成物100質量部に対して0.01~5質量部、例えば0.1~2質量部の含有量で含まれてもよい。上記界面活性剤の含有量が上記の範囲内に含まれる場合、噴射された組成物内に異物が発生される現象が減少される。
【0150】
また、本発明の一実施形態による硬化性組成物は、物性を阻害しない範囲内で、酸化防止剤などのその他の添加剤が、一定量さらに添加されてもよい。
【0151】
<溶媒>
一方、本発明の一実施形態による硬化性組成物は、溶媒をさらに含む硬化性組成物であってもよい。
【0152】
上記溶媒としては、例えば、メタノール、エタノールなどのアルコール類;エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチルセロソルブアセテートなどのセロソルブアセテート類;メチルエチルカルビトール、ジエチルカルビトール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどのカルビトール類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテートなどのプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート類;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、メチル-n-プロピルケトン、メチル-n-ブチルケトン、メチル-n-アミルケトン、2-ヘプタノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸-n-ブチル、酢酸イソブチルなどの飽和脂肪族モノカルボン酸アルキルエステル類;メチルラクテート、エチルラクテートなどの乳酸アルキルエステル類;メチルヒドロキシアセテート、エチルヒドロキシアセテート、ブチルヒドロキシアセテートなどのヒドロキシ酢酸アルキルエステル類;メトキシメチルアセテート、メトキシエチルアセテート、メトキシブチルアセテート、エトキシメチルアセテート、エトキシエチルアセテートなどの酢酸アルコキシアルキルエステル類;メチル3-ヒドロキシプロピオネート、エチル3-ヒドロキシプロピオネートなどの3-ヒドロキシプロピオン酸アルキルエステル類;メチル3-メトキシプロピオネート、エチル3-メトキシプロピオネート、エチル3-エトキシプロピオネート、メチル3-エトキシプロピオネートなどの3-アルコキシプロピオン酸アルキルエステル類;メチル2-ヒドロキシプロピオネート、エチル2-ヒドロキシプロピオネート、プロピル2-ヒドロキシプロピオネートなどの2-ヒドロキシプロピオン酸アルキルエステル類;メチル2-メトキシプロピオネート、エチル2-メトキシプロピオネート、エチル2-エトキシプロピオネート、メチル2-エトキシプロピオネートなどの2-アルコキシプロピオン酸アルキルエステル類;メチル2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオネート、エチル2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオネートなどの2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸アルキルエステル類;メチル2-メトキシ-2-メチルプロピオネート、エチル2-エトキシ-2-メチルプロピオネートなどの2-アルコキシ-2-メチルプロピオン酸アルキルエステル類;2-ヒドロキシエチルプロピオネート、2-ヒドロキシ-2-メチルエチルプロピオネート、ヒドロキシエチルアセテート、メチル2-ヒドロキシ-3-メチルブタノエートなどのエステル類;またはピルビン酸エチルなどのケトン酸エステル類の化合物があり、またN-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルホルムアニリド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アセチルアセトン、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、1-オクタノール、1-ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ-ブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フェニルセロソルブアセテートなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0153】
例えば、上記溶媒は、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレンジグリコールメチルエチルエーテルなどのグリコールエーテル類;エチルセロソルブアセテートなどのエチレングリコールアルキルエーテルアセテート類;2-ヒドロキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;ジエチレングリコールモノメチルエーテルなどのカルビトール類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテートなどのプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート類;エタノールなどのアルコール類またはこれらの組み合わせを使用するのが好ましい。
【0154】
例えば、上記溶媒は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、エタノール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレンジグリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、2-ブトキシエタノール、N-メチルピロリジン、N-エチルピロリジン、プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトンまたはこれらの組み合わせを含む極性溶媒であってもよい。
【0155】
溶媒は、硬化性組成物の全質量に対して40~80質量%、例えば45~80質量%の含有量で含まれてもよい。溶媒の含有量が上記の範囲内に含まれる場合、溶媒を含む硬化性組成物が適切な粘度を有することによって、スピンコーティングおよびスリットを用いた大面積コーティング時に優れたコーティング性を有することができる。
【0156】
本発明の他の一実施形態は、上述の硬化性組成物を硬化させてなる硬化膜、および当該硬化膜を含むディスプレイ装置を提供する。
【0157】
上記硬化膜の製造方法のうちの1つは、上述の硬化性組成物を基板上にインクジェット法で塗布してパターンを形成する工程(S1);および上記パターンを硬化する工程(S2)を含む。
【0158】
(S1)パターンを形成する工程
上記硬化性組成物は、インクジェット方式で0.5~20μmの厚さで基板上に塗布するのが好ましい。インクジェット噴射は、各ノズル当り単一カラーのみ噴射して必要な色の数によって繰り返し噴射することによってパターンを形成することができ、工程を減らすために必要な色の数を、各インクジェットノズルを通じて同時に噴射する方式でパターンを形成することもできる。
【0159】
(S2)硬化する工程
上記で得られたパターンを硬化させて画素を得ることができる。この時、硬化させる方法としては、熱硬化工程または光硬化工程を全て適用することができる。熱硬化工程は、100℃以上の温度で加熱して硬化させるのが好ましく、さらに好ましくは100~300℃の温度に加熱して硬化させることができ、より一層好ましくは160~250℃の温度に加熱して硬化させることができる。光硬化工程は、190~450nmの波長、例えば200~500nmの波長のUV光線などの化学線を照射する。照射に使用される光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、アルゴンガスレーザーなどを使用することができ、場合によってX線、電子線なども用いることができる。
【0160】
上記硬化膜の製造方法のうちのまた他の一つは、上述の硬化性組成物をリソグラフィ法を用いて硬化膜を製造する方法であって、製造方法は次の通りである。
【0161】
(1)塗布および塗膜形成工程
上述の硬化性組成物を、所定の前処理を行った基板上にスピンコーティング、またはスリットコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、アプリケータ法などの方法を使用して所望の厚さ、例えば2~10μmの厚さで塗布した後、70~90℃の温度で1~10分間加熱して溶媒を除去することによって塗膜を形成する。
【0162】
(2)露光工程
上記で得られた塗膜に必要なパターン形成のために所定形態のマスクを介した後、波長190~450nm、例えば波長200~500nmのUV光線などの化学線を照射する。照射に使用される光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、アルゴンガスレーザーなどを使用することができ、場合によってX線、電子線なども用いることができる。
【0163】
露光量は、硬化性組成物の各成分の種類、配合量および乾燥膜の厚さによって異なるが、例えば、高圧水銀灯を使用する場合、500mJ/cm2以下(365nmセンサーによる)である。
【0164】
(3)現像工程 上記露光工程に続き、アルカリ性水溶液を現像液として用いて不必要な部分を溶解、除去することによって露光部分のみを残存させて画像パターンを形成する。すなわち、アルカリ現像液で現像する場合、非露光部は溶解され、イメージカラーフィルターパターンが形成される。
【0165】
(4)後処理工程
上記現像工程によって得られた画像パターンを、耐熱性、耐光性、密着性、耐クラック性、耐化学性、高強度、貯蔵安定性などの面で優れたパターンを得るために、再び加熱するか化学線照射などを行って硬化させることができる。
【実施例】
【0166】
以下、本発明の好ましい実施例を記載する。但し、下記の実施例は本発明の好ましい一実施例に過ぎず、本発明が下記実施例によって限定されるものではない。
【0167】
<重合性化合物の製造>
(製造例1)
トリエチレングリコール 100g、アクリル酸 14.4gをシクロヘキサン 500mLに入れて攪拌した。ここに、CuCl2 0.15g、p-トルエンスルホン酸 15gを投入した後、ディーン・スターク装置を備え付け、100℃に昇温して8時間攪拌して反応を終了させた。その後、酢酸エチル 200mL、およびNaOH希釈液を入れて抽出した後、ここに再び塩化メチレンを入れて、抽出、中和、溶媒除去を順次に行った。その後、100mLの酢酸エチルで再溶解させた後に溶媒を除去した後、真空オーブンで24時間乾燥し、下記化学式E-1で表される重合性化合物を製造した。
【0168】
【0169】
<表面改質された量子ドット分散液の製造>
(製造例2)
3口丸底フラスコにマグネチックバーを入れ、緑色量子ドット分散液(InP/ZnSe/ZnS、ハンソルケミカル)または赤色量子ドット分散液(InP/ZnSe/ZnS、ハンソルケミカル製)を投入した。ここに、下記化学式Qで表される化合物(リガンド)を投入し、80℃、窒素雰囲気下で攪拌した。反応終了後、常温(23℃)に冷却した後、シクロヘキサン中に反応液を入れ沈殿を生成させた。遠心分離により、沈殿物とシクロヘキサンとを分離し、沈殿物は、真空オーブンで24時間十分に乾燥して、表面改質された固形分の量子ドットを得た。
【0170】
表面改質された固形分の緑色量子ドットまたは赤色量子ドットを、それぞれ下記化学式3-1で表される化合物(トリエチレングリコールジメタクリレート、美元商社製)と同一の質量比で混合し、12時間攪拌して、表面改質された量子ドット分散液を得た。
【0171】
*下記化学式Qで表される化合物の合成:PH-4(韓農化成製)100gを2口丸底フラスコに入れて、THF 300mLに十分に溶解させた。ここに、0℃でNaOH 15.4g、水100mLを投入した後、透明な溶液になるまで十分に溶解させた。p-トルエンスルホン酸クロリド 73gをTHF 100mLに溶かした溶液を0℃で徐々に滴下した。滴下は1時間行われ、その後、常温で12時間攪拌した。反応終了後、過量の塩化メチレンを入れて攪拌後、NaHCO3飽和溶液を入れて抽出、滴定、および水分除去を行った。溶媒を除去した後、ドライオーブンで24時間乾燥した。得られた乾燥物50gを2口丸底フラスコに入れて、エタノール300mLを入れ、十分に攪拌した。その後、チオウレア 27gを入れて分散後、80℃で12時間還流した。その後、NaOH 4.4gを20mLの水に溶かした水溶液を滴下して、5時間さらに攪拌しながら過量の塩化メチレンを入れて攪拌した後、塩酸水溶液を入れて抽出、滴定、水分除去、および溶媒除去を順次に行った。その後、真空オーブンで24時間乾燥して、下記化学式Qで表される化合物を得た。
【0172】
【0173】
(硬化性組成物の製造)
実施例1~実施例3および比較例1~比較例2
下記に示す成分を用い、下記表1に示す組成で実施例1~実施例3および比較例1~比較例2による硬化性組成物を製造した。
【0174】
具体的には、上記の量子ドット分散液に、上記化学式E-1で表される重合性化合物および上記化学式3-1で表される重合性化合物を混合して希釈し、重合禁止剤を入れて5分間攪拌した。次いで、光開始剤(TPO-L、ポリネトロン社製)を添加した後、光拡散剤分散液を入れた。その後、混合液を1時間攪拌して、硬化性組成物を製造した。実施例1の場合を例にすれば、表面改質された緑色量子ドット固形分40gを上記化学式3-1で表される重合性化合物40gに混合して量子ドット分散液を製造した後、当該量子ドット分散液に上記化学式3-1で表される重合性化合物7g、上記化学式E-1で表される重合性化合物1g、および重合禁止剤1gを入れて5分間攪拌し、次いで、光開始剤3gと光拡散剤分散液8gとを入れて攪拌し、硬化性組成物を製造した。
【0175】
(A)量子ドット
(A-1)上記製造例2で製造された表面改質された緑色量子ドット
(A-2)上記製造例2で製造された表面改質された赤色量子ドット
(B)重合性化合物
(B-1)上記化学式E-1で表される重合性化合物
(B-2)上記化学式3-1で表される化合物
(C)光重合開始剤
Irgacure(登録商標)OXE01(BASF社製)
(D)光拡散剤
二酸化チタン分散液(TiO2固形分20質量%、平均粒径:200nm、ディットテクノロジー社製)
(E)重合禁止剤
メチルヒドロキノン(東京化成工業株式会社製;上記化学式3-1で表される単量体中の5質量%)
【0176】
【0177】
評価1:光学特性評価
実施例1~実施例3および比較例1~比較例2による硬化性組成物を、ガラス基板またはイエローフォトレジスト(YPR)基板の上にスピンコーティング装置(Mikasa社、Opticoat MS-A150、800rpm、5秒)を使用してそれぞれ15μmの厚さで塗布し、窒素雰囲気下、波長395nmの紫外光を、UV露光機を用いて積算光量5000mJ/cm2(83℃、10秒)で露光した。その後、180℃の窒素雰囲気下の熱風循環式乾燥装置中で30分間乾燥した。その後、積分球ユニット(QE-2100、otsuka electronics)に、2cm×2cmの大きさの単層膜試験片を置き、光効率維持率、量子効率、最大発光波長、および半値幅を測定し、その結果を下記表2に示した。
【0178】
評価2:パターン密着力評価
実施例1~実施例3および比較例1~比較例2による硬化性組成物を、洗浄されたSiOx基板の上にスピンコーティング装置(ミカサ株式会社製、Opticoat MS-A150、800rpm、5秒)を使用してそれぞれ約15μm厚さで塗布し、窒素雰囲気下、波長395nmの紫外光を、UV露光機を用いて、積算光量5000mJ/cm
2(83℃、10秒)で露光した。その後、180℃の窒素雰囲気下の熱風循環式乾燥装置中で30分間乾燥した。その後、形成された単層膜試験片に、クロスハッチカッターを使用して、2mm×2mmの格子模様を刻んで、接着テープによる剥離実験後の剥離状態を肉眼で観察し、クロスカット判定基準を基にして判定した。また、同様の方法で、形成された1cm×1cm単層膜試験片に、スタッドピンを固定して、UTM Peel off評価法(Inspekt 10-1、Hegewald & Peschke社製)によりパターン密着力を評価した。その結果を下記表2および
図1~
図5に示した。
【0179】
【0180】
上記表2および
図1~
図5から明らかなように、本発明の一実施形態による硬化性組成物は、高い光効率維持率および量子効率を維持しながら同時にパターンの密着力が増大して工程性が良好であることを確認することができる。
【0181】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に製造でき、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更せず他の具体的な形態に実施できるのを理解することができる。したがって、上で記載した実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。