CN105093862A

CN105093862A - 一种表面活性剂及用于彩色滤光片负性光刻胶的显影液

Info

Publication number: CN105093862A
Application number: CN201510618717.7A
Authority: CN
Inventors: 江磊; 金旭
Original assignee: Fuji Film Electronic Materials (suzhou) Co Ltd
Current assignee: Fuji Film Electronic Materials (suzhou) Co Ltd; Fujifilm Electronic Materials Suzhou Co Ltd; Fujifilm Electronic Materials Co Ltd
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明公开了一种表面活性剂及用于彩色滤光片负性光刻胶的显影液，所述表面活性剂为嵌段式聚醚非离子表面活性剂，是聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段聚合物，其中EO为聚氧乙烯链段，PO为聚氧丙烯链段，所述显影液包括强碱、上述嵌段式聚醚非离子表面活性剂和纯净水。通过上述方式，本发明的显影液对非图形部分有良好的显影精细度，显影后的图形具有完整、无残渣、无断线、无侧蚀、尺寸准确、不产生畸变等优点。

Description

一种表面活性剂及用于彩色滤光片负性光刻胶的显影液

技术领域

本发明涉及一种化合物及显影液，特别是涉及一种表面活性剂及用于彩色滤光片负性光刻胶的显影液。

背景技术

随着显示技术的快速发展，平板显示器以其完全不同的显示原理和制造技术使之同传统的视频图像显示器相比具有非常明显的优势。平板显示器具有完全平面化、轻、薄、省电等特点，符合未来图像显示器发展的必然趋势。目前主要的平板显示器包括:PDP(Plasmadisplaypanel)、LCD(Liquidcrystaldisplays)、FED(Fieldemissiondisplays)、OLED(Organiclight-emittingdiodedisplays)以及投影显示技术（CRT、LCD、LCOS、DLP）等。

LCD器件是众多平板显示器件中发展最快、技术最成熟、应用面最广、已经产业化并仍在迅猛发展的一种显示器件，随着半导体技术的不断发展，人们已成功地将半导体技术与LCD技术结合在一起，从而产生了LCD的一个新兴产业TFT-LCD。由于LCD具有超薄、省电、显示画质好的优点，大小皆宜的尺寸，从而使液晶显示器得到了广泛的应用。

彩色滤光片，是彩色液晶显示器（LCD）由灰阶变为彩色的关键零组件，借由LCD内部的背光模组提供光源，再搭配驱动IC与液晶控制形成灰阶显示，将光源穿过彩色滤光片的彩色图案形成彩色显示画面。

彩色滤光片的结构包括玻璃基板、黑色矩阵、彩色层、保护膜及ITO导电膜，此光电组件是在透明玻璃基板上制作防反射的遮光层-黑色矩阵层，再依次制作具有透光性能的红、绿、蓝三原色的彩色滤光片层，最后通过溅射工艺覆上透明ITO导电膜成为彩色滤光片。

彩色滤光片的传统制程主要有染色法（DyingMethod）、颜料分散法（PigmentDispersingMethod）、电沉积法（ElectroDepositionMethod）、印刷法（PrintingMethod），其中颜料分散法已逐步发展为主流技术。

颜料分散法之彩色层形成类似半导体的光刻制程，首先将颜料分散型彩色光刻胶涂布于已形成黑色矩阵的玻璃基板上，经软烤（Pre-bake）、曝光对准（Aligning）、显影（Developing）、光刻胶剥离（Stripping）、硬烤（Post-bake），重复此流程三次形成R，G，B之三色图形（Pattern）。

平板显示技术中精细图案的获得，一般是通过光刻技术实现。光刻技术包括光刻胶的曝光、显影等工艺。由于光刻胶在曝光前后在显影液的溶解性能会有不同，因此进行曝光后，光刻胶的曝光区与未曝光区依赖于溶解性能的不同，分为可溶区和不溶区。可溶区溶于光刻胶显影液，而不溶区留下。即光刻胶可以根据曝光的图形选择性的溶于光刻胶显影液，从而形成需要的图形。而为了获得良好的图案，需要对光刻胶进行高精度的显影，因此对光刻胶显影液的显影性提出更高的要求。

在彩色滤光片的制造工艺中，可以采用正性或负性光刻胶。曝光后，见光部分发生化学或物理变化形成图形而不溶解于显影液，未见光部分可溶解于显影液的光刻胶称为负性光刻胶，反之则称为正性光刻胶。

通常情况下，光刻胶为疏水性，曝光后由于光刻胶的可溶区被不溶区包围，显影液由于表面张力的作用，很难充分接触到可溶区，尤其是两者边缘部分，造成图形边缘的可溶性光刻胶溶解不充分，图案边缘部分显影差，使显影液的显影性降低。

现有技术中，为了提高显影液对光刻胶可溶区的溶解性，以提高显影液的显影性，通常在显影液中添加表面活性剂，添加表面活性剂能够显著降低显影液的表面张力，改善显影液对光刻胶的润湿性，使曝光后光刻胶的可溶区具有了很好的溶解性。在显影过程中，光刻胶剥落的微细残渣可能沉积在基体表面，影响滤光片的透光率，显影液中的表面活性剂可以有效防止残渣集聚。

一般来说，表面活性剂改善显影液润湿性的能力越强，越容易产生大量的泡沫。在显影过程中，一旦泡沫附着在光刻胶表面，会影响显影的均匀性，使图形的上表面产生厚度差异。添加消泡剂虽然可以减轻泡沫产生程度，但消泡剂也会对图形部分造成侵蚀。一个比较好的解决方案是选用低泡沫的表面活性剂。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种表面活性剂及用于彩色滤光片负性光刻胶的显影液，采用此表面活性剂制得的显影液显影效果好。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种表面活性剂，所述表面活性剂为嵌段式聚醚非离子表面活性剂，是通式为的聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段聚合物，其中EO为聚氧乙烯链段，PO为聚氧丙烯链段，所述聚氧乙烯链段和所述聚氧丙烯链段在所述通式中的键合位置是任意确定的，m和n的取值不同时为0，m和n为整数。

在本发明一个较佳实施例中，所述通式中键合位置为聚氧丙烯链段位于聚醚末端，所述聚醚为EO段或PO段，所述末端是指远离R₁的一端；R₁为C1-C18的脂肪烃基或芳香烃基；R₂为C1-C18的脂肪烃基或芳香烃基；x为0-5的整数，m为0-20的整数，n为0-10的整数，m和n的取值不同时为0，0＜（m+n）≤30。

在本发明一个较佳实施例中，R₁为C6-C15的脂肪烃基或芳香烃基；R₂为C6-C15的脂肪烃基或芳香烃基；x为1-4的整数，m为4-15的整数，n为1-5的整数，4≤（m+n）≤16。

在本发明一个较佳实施例中，所述表面活性剂的制备方法为：往循环乙氧基化反应器中加入聚氧乙烯醚非离子表面活性剂和碱性物质，在惰性气体保护下加热，通入环氧丙烷控温反应，反应完全后用酸性物质中和得到表面活性剂。

在本发明一个较佳实施例中，所述碱性物质为氢氧化钠；所述惰性气体为氮气；所述加热的温度为升温至120℃；所述控温反应的控制温度在130~140℃，压力在0.4~0.6MPa；所述反应完全后保温至压力降至常压；所述酸性物质为醋酸，所述中和至pH值为6～7。

提供一种用于彩色滤光片负性光刻胶的显影液，包括：强碱、嵌段式聚醚非离子表面活性剂、纯净水，所述嵌段式聚醚非离子表面活性剂为上述的表面活性剂

在本发明一个较佳实施例中，所述显影液还包括助剂，所述助剂为络合剂、抗氧剂、抗菌剂中的一种或多种；所述强碱为无机碱、有机碱或二者混合物，所述无机碱为氨水、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属硅酸盐、碱金属磷酸盐中的一种或多种，所述有机碱为季铵碱、碱金属醇化物中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，所述无机碱为NH₃·H₂O、LiOH、NaOH、KOH、Ba(OH)₂、Na₂SiO₃、K₂SiO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃、Na₃PO₄、K₃PO₄中的一种或多种，所述有机碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、乙醇钠、乙醇钾中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，所述强碱在所述显影液中所占的质量分数为4.0-20.0%；所述嵌段式聚醚非离子表面活性剂在所述显影液中所占的质量分数为1.0-10.0%；所述纯净水是经过反向渗透法制取的纯净水，电导率为2-20μS/cm。

在本发明一个较佳实施例中，所述强碱在所述显影液中所占的质量分数为6.0-16.0%；所述嵌段式聚醚非离子表面活性剂在所述显影液中所占的质量分数为2.0-6.0%；所述纯净水的电导率为5-15μS/cm。

本发明的有益效果是：本发明的表面活性剂及用于彩色滤光片负性光刻胶的显影液，将没有公开过的表面活性剂应用于显影液中，得到的显影液对非图形部分有良好的显影精细度，显影后的图形具有完整、无残渣、无断线、无侧蚀、尺寸准确、不产生畸变等优点。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

提供一种表面活性剂，所述表面活性剂为嵌段式聚醚非离子表面活性剂，是具有通式所示结构的聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段聚合物：

。

其中R₁、R₂分别独立表示C1-C18的脂肪烃基或芳香烃基，优选为C6-C15的脂肪烃基或芳香烃基。x为0-5的整数，优选为1-4的整数。EO为聚氧乙烯链段，PO为聚氧丙烯链段，聚氧乙烯链段和聚氧丙烯链段在通式中的键合位置可以任意确定，优选的键合位置为聚氧丙烯链段位于聚醚末端，所述聚醚为EO段或PO段，所述末端是指远离R₁的一端。m表示0-20的整数，n表示0-10的整数，m和n的取值不同时为0，其中0＜（m+n）≤30，m优选为4-15的整数，n优选为1-5的整数，优选4≤（m+n）≤16。

提供一种彩色滤光片负性光刻胶用显影液至少包括：1）一种强碱，2）一种嵌段式聚醚非离子表面活性剂，3）纯净水。此外，还可以包括其他助剂如络合剂、抗氧剂、抗菌剂等。

所用的强碱可以是无机碱，如氨水、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属硅酸盐、碱金属磷酸盐等，具体的实例包括但不局限于，NH₃·H₂O、LiOH、NaOH、KOH、Ba(OH)₂、Na₂SiO₃、K₂SiO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃、Na₃PO₄、K₃PO₄等，也可以是有机碱如季铵碱、碱金属醇化物等，具体的实例包括但不局限于四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、乙醇钠、乙醇钾等。优选的强碱种类为碱金属氢氧化物和季铵碱，包括LiOH、NaOH、KOH、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵等。强碱在显影液中所占的比例为4.0-20.0wt%，更优选的比例为6.0-16.0wt%。

嵌段式聚醚表面活性剂在显影液中所占的比例为1.0-10.0wt%，优选的比例为2.0-6.0wt%。

所用纯净水是经过反向渗透法制取的纯净水，电导率为2-20μS/cm，优选的电导率为5-15μS/cm。

所述嵌段式聚醚非离子表面活性剂的具体合成过程为：往小型循环乙氧基化反应器中加入800克AEO-9，加入3.5克氢氧化钠作为催化剂，开启循环通入氮气吹扫水分和空气，升温至120℃左右，缓慢通入120克环氧丙烷，控制温度在130~140℃，压力在0.4~0.6MPa，加完后保温至压力降至常压，产物用醋酸中和至pH=6～7，得到嵌段式聚醚表面活性剂S1。其中AEO-9为来自巴斯夫公司的脂肪醇聚氧乙烯醚非离子表面活性剂。

实施例二：

将实施例一中的AEO-9更换为OP-10，投料比例和反应方法不变，得到嵌段式聚醚表面活性剂S2。其中OP-10为来自汉姆公司的烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂。

实施例三：

将实施例一中的AEO-9更换为OP-13，投料比例和反应方法不变，得到嵌段式聚醚表面活性剂S3。其中OP-13为来自汉姆公司的烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂。

实施例四：

将实施例一中的AEO-9更换为NP-10，投料比例和反应方法不变，得到嵌段式聚醚表面活性剂S4。其中NP-10为来自汉姆公司的烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂。

实施例五：

将实施例一中的AEO-9更换为NP-12，投料比例和反应方法不变，得到嵌段式聚醚表面活性剂S5。其中NP-12为来自汉姆公司的烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂。

实施例六：

在洁净室内，按下表所示依次将NaOH、嵌段式聚醚表面活性剂、抗坏血酸，乙二胺四甲叉膦酸钠、Dowcorning5700加入到RO水中，混合均匀后用0.1微米滤膜加压过滤，得到显影液1～5。其中DowCorning5700为来自道康宁公司的有机硅季铵盐抗菌剂。

实施例七：

在洁净室内，按下表所示依次将KOH、嵌段式聚醚表面活性剂、抗坏血酸，乙二胺四甲叉膦酸钠，Dowcorning5700加入到RO水中，混合均匀后用0.1微米滤膜加压过滤，得到显影液6～10。

实施例八：

在洁净室内，按下表所示依次将四甲基氢氧化铵（TMAH，25%溶液）、嵌段式聚醚表面活性剂、抗坏血酸，乙二胺四甲叉膦酸钠，Dowcorning5700加入到RO水中，混合均匀后用0.1微米滤膜加压过滤，得到显影液11～15。

实施例九：

对比实施例：在洁净室内，按下表所示依次将NaOH、聚醚表面活性剂、抗坏血酸，乙二胺四甲叉膦酸钠，Dowcorning5700加入到RO水中，混合均匀后用0.1微米滤膜加压过滤，得到显影液16～20。

实施例十：

样品评价

将负性光刻胶涂布于干净的玻璃片上，烘干后通过掩膜版曝光，掩膜版线宽为30μm，曝光能量设定200mJ/cm²，将曝光后的玻璃片置于显影槽内，喷洒上述实施例中的显影液30秒，显影液温度25℃，然后用纯净水淋洗干净，烘干后用200倍光学显微镜测量线宽，检查残渣和边缘平直度，用扫描电镜检查影像表面均匀度，评价结果见下表。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种表面活性剂，其特征在于，所述表面活性剂为嵌段式聚醚非离子表面活性剂，是通式为的聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段聚合物，其中EO为聚氧乙烯链段，PO为聚氧丙烯链段，所述聚氧乙烯链段和所述聚氧丙烯链段在所述通式中的键合位置是任意确定的，m和n的取值不同时为0，m和n为整数。

2.根据权利要求1所述的表面活性剂，其特征在于，所述通式中键合位置为聚氧丙烯链段位于聚醚末端，所述聚醚为EO段或PO段，所述末端是指远离R₁的一端；R₁为C1-C18的脂肪烃基或芳香烃基；R₂为C1-C18的脂肪烃基或芳香烃基；x为0-5的整数，m为0-20的整数，n为0-10的整数，m和n的取值不同时为0，0＜（m+n）≤30。

3.根据权利要求2所述的表面活性剂，其特征在于，R₁为C6-C15的脂肪烃基或芳香烃基；R₂为C6-C15的脂肪烃基或芳香烃基；x为1-4的整数，m为4-15的整数，n为1-5的整数，4≤（m+n）≤16。

4.根据权利要求1所述的表面活性剂的制备方法，其特征在于，往循环乙氧基化反应器中加入聚氧乙烯醚非离子表面活性剂和碱性物质，在惰性气体保护下加热，通入环氧丙烷控温反应，反应完全后用酸性物质中和得到表面活性剂。

5.根据权利要求4所述的表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述碱性物质为氢氧化钠；所述惰性气体为氮气；所述加热的温度为升温至120℃；所述控温反应的控制温度在130~140℃，压力在0.4~0.6MPa；所述反应完全后保温至压力降至常压；所述酸性物质为醋酸，所述中和至pH值为6～7。

6.一种用于彩色滤光片负性光刻胶的显影液，其特征在于，包括：强碱、嵌段式聚醚非离子表面活性剂、纯净水，所述嵌段式聚醚非离子表面活性剂为权利要求1-4任一所述的表面活性剂。

7.根据权利要求6所述的显影液，其特征在于，所述显影液还包括助剂，所述助剂为络合剂、抗氧剂、抗菌剂中的一种或多种；所述强碱为无机碱、有机碱或二者混合物，所述无机碱为氨水、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属硅酸盐、碱金属磷酸盐中的一种或多种，所述有机碱为季铵碱、碱金属醇化物中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的显影液，其特征在于，所述无机碱为NH₃·H₂O、LiOH、NaOH、KOH、Ba(OH)₂、Na₂SiO₃、K₂SiO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃、Na₃PO₄、K₃PO₄中的一种或多种，所述有机碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、乙醇钠、乙醇钾中的一种或多种。

9.根据权利要求6所述的显影液，其特征在于，所述强碱在所述显影液中所占的质量分数为4.0-20.0%；所述嵌段式聚醚非离子表面活性剂在所述显影液中所占的质量分数为1.0-10.0%；所述纯净水是经过反向渗透法制取的纯净水，电导率为2-20μS/cm。

10.根据权利要求9所述的显影液，其特征在于，所述强碱在所述显影液中所占的质量分数为6.0-16.0%；所述嵌段式聚醚非离子表面活性剂在所述显影液中所占的质量分数为2.0-6.0%；所述纯净水的电导率为5-15μS/cm。