JP2006521452A - 高耐熱性透明ポリイミド前駆体及びそれの感光性ポリイミド組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
Macromolecules、1994.27,1117 and 1993.26,4961
の一般式を有するものから選択される1種以上であってよい。
(a−1)は炭素数3乃至30の脂環族テトラカルボン酸二無水物から選択される1種以上のテトラカルボン酸二無水物であり、その具体的な例としては1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA、化学式2)、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物(CPDA、化学式3)、ビシクロオクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物(BODA、化学式4)5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−3−メチルシクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物(DOCDA、化学式5)、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−テトラリン−1,2−ジカルボン酸無水物(DOTDA、化学式6)などがあげられるが、これらに限られるものではない。
第1工程では、(a−1)のテトラカルボン酸二無水物と(a−2)のジアミンとから、従来のポリアミド酸の調製方法により透明な直鎖状ポリアミド酸(A)が調製される。換言すれば、温度調節が可能な反応器でテトラカルボン酸二無水物をジアミンに徐々に加えながら室温以下で温度を保持し、24時間反応させて直鎖状ポリアミド酸(A)を定量的に得ることができる。
直鎖状ポリアミド酸のアルカリ現像液に対する溶解性を調節し、更なる反応性部位を与えるために、第2工程では、前記アルカリ可溶性の直鎖状ポリアミド酸(A)を同一分子内にエポキシ基を含んだエチレン性不飽和化合物(B)でエステル化する。化合物(B)はアリルグリシジルエーテル、グリシジル(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、グリシジル=5−ノルボルネン−2−カルボキシレート(エンド型とエキソ型との混合物)、グリシジル=5−ノルボルネン−2−メチル−2−カルボキシレート(エンド型とエキソ型との混合物)、1,2−エポキシ−5−ヘキセン、1,2−エポキシ−9−デセンなどがあり、エステル化反応時に単独または2種以上使用することができる。 化合物(B)は、直鎖状ポリアミド酸(A)中の全カルボン酸基に対して10乃至400%の等量で使われることが望ましい。この範囲を外れると現像液に対する溶解性を調節しにくく、または以後形成される塗膜の耐熱性が低下するという問題がある。
感光性ポリイミド前駆体樹脂組成物を基板上にコーティングする。基板としては液晶ディスプレイ装置の特性上、ガラスまたは透明プラスチック樹脂が主に使われるが、ディスプレイの目的を満たす限り特別に制限されない。基板表面に本発明の感光性樹脂組成物をコーティングする方法はスプレー法、ロールコーティング法、スリットノズルを用いたコーティング法、回転コーティング法、押出コーティング法、バーコーティング法などの様々な方法があり、2つ以上のコーティング法を組み合わせてコーティングすることもできる。 コーティングされた膜厚さはコーティング方法、組成物の固形分濃度、粘度などによって異なるが、通常は乾燥後に0.5乃至100μmである。
コーティング後に非流動性の塗膜を形成するために、真空中、赤外線下、及び/または熱を加えて溶媒を揮発させるプレベーキングを行っている。加熱条件は各成分の種類または配合の割合によって異なるが、ホットプレート上で60乃至130℃にて5乃至500秒間、あるいは熱オーブン中で60乃至140℃にて20乃至1000秒間加熱する。
その後、工程2で得られた薄膜に、所定のパターンを有するマスクを用いて光線を照射する。露光はエキシマレーザ、紫外線、可視光線、電子線、X線などによって実行可能であるが、本発明では水銀燈のg線(波長436nm)、i線(波長365nm)、h線(波長405nm)を用いることが望ましい。露光は接触法、近接法、投影法、露光法などで施行可能である。
露光後、アルカリ現像前に露光後加熱(postexposure bake(PEB))を実施するか否かは任意である。PEB工程は必要に応じて導入してよい。PEBの温度は150℃以下であり、PEB時間は0.1乃至10分程度である。
現像処理では、アルカリ現像液で非露光部位を除去する。現像液としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、アンモニア、水などの無機アルカリ類;エチルアミン、n−プロピルアミンなどの第1級アミン類;ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミンなどの第2級アミン類;トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、n−メチルピロリドンなどの第3級アミン類;ジメチルエチルアルコールアミン、トリエチルアルコールアミンなどのアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウム水酸化物、テトラエチルアンモニウム水酸化物、コリンなどの第4級アンモニウム塩;ピロ−ル、ピペリジンなどのアミン類からなるアルカリ水溶液を使うことができる。
現像後、ポリイミド前駆体被膜は、ホットプレート上またはオーブン中でポストベーキング(もしくはハードベーキング)を経て耐熱性ポリイミド被膜に変換される。熱処理は、ホットプレート上150℃乃至300℃にて1乃至120分間、オーブン中同様の温度範囲にて10乃至120分間行う。熱処理後には完全に架橋硬化されたポリイミドパターンが得られる。
1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)及び2−(メタクリロイルオキシ)エチル3,5−ジアミノベンゾエート(DA−HEMA)をN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)/γ-ブチロラクトン(体積比=1/1)共溶媒で反応させて合成した直鎖状ポリアミド酸溶液(固体含量20%、酸価220mg KOH/g、Mw=18,000)100gを250ml丸低フラスコに入れて攪拌しながら窒素雰囲気下で110℃に加熱する。
前記合成例1における2−(メタクリロイルオキシ)エチル3,5−ジアミノベンゾエートの代わりに3,5−ジアミノフェニルシンナメートを使って直鎖状ポリアミド酸(固体含量20%、酸価240mg/g、Mw=22,000)を合成したこと以外は合成例1と同様の方法で反応性ポリイミド前駆体2を合成する。得られたポリイミド前駆体の酸価は160mg KOH/gである。
前記合成例1における2−(メタクリロイルオキシ)エチル3,5−ジアミノベンゾエートの代わりにクマロニル=3,5−ジアミノ安息香酸を使って直鎖状ポリアミド酸(固体含量20%、酸価240mg/g、Mw=22,000)を合成したこと以外は合成例1と同様の方法で反応性ポリイミド前駆体3を合成する。得られたポリイミド前駆体の酸価は130mg KOH/gである 。
前記合成例1における2−(メタクリロイルオキシ)エチル3,5−ジアミノベンゾエートの代わりに4,4−オキシジアニリン(ODA)を使って直鎖状ポリアミド酸(固体含量20%、酸価200mg /g、Mw=26,000)を合成したこと以外は合成例1と同様の方法で反応性ポリイミド前駆体4を合成する。得られたポリイミド前駆体の酸価は140mg KOH/gである。
前記合成例1における1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)及び2−(メタクリロイルオキシ)エチル3,5−ジアミノベンゾエートの代わりにピロメリト酸二無水物(PMDA)及び4,4−オキシジアニリンを使って直鎖状ポリアミド酸(固体含量20%、酸価230mg/g、 Mw=28,000)を合成したこと以外は合成例1と同様の方法で反応性ポリイミド前駆体5を合成する。得られたポリイミド前駆体の酸価は、140mgKOH/gである。
合成例1で調製される反応性ポリイミド前駆体溶液1の50g中に光重合開始剤としてCGI124を0.5g、界面活性剤としてBYK307を0.01g溶解させ、該混合物を0.2μmのフィルターで濾過して感光性ポリイミド前駆体樹脂組成物1を調製する。前記組成物1をガラス基板にスピンコーティングし、100℃のホットプレート上で90秒間プレベーキング処理してコーティングを形成する。 得られたコーティング上にフォトマスクを乗せた後、水銀ランプを用いて365nmで 20mW/cm2である紫外線を10秒間照射する。2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液によって室温で20秒間現像した後、脱塩水で10秒間洗浄してパターンを形成する。続いて250℃のオーブン中にて1時間のポストベーキング処理により硬化させる。得られた膜の最小線幅は25μmであり(line/spaceパターン1:1について)、厚さは1.2μmである。
合成例2で調製された反応性ポリイミド前駆体溶液2を使ったこと以外には好ましい実施態様1と同様の方法により、得られた膜の最小線幅は25μmであり、厚さは1.2μmであった。
合成例3で調製された反応性ポリイミド前駆体溶液3を使ったこと以外には好ましい実施態様1と同様の方法により、得られた膜の最小線幅は30μmであり、厚さは1.2μmである。
合成例4で調製された反応性ポリイミド前駆体4溶液を使ったこと以外には好ましい実施態様1と同様の方法により、得られた膜の最小線幅は50μmであり、厚さは1.2μmである。
合成例5で調製された反応性ポリイミド前駆体5溶液を使ったこと以外には好ましい実施態様1と同様の方法により、得られた膜の最小線幅は50μmであり、厚さは1.2μである。
合成例1でグリシジルメタクリルレートと反応させたものではない直鎖状ポリアミド酸(固体含量20%、酸価220mg KOH/g、Mw = 18,000)を反応性ポリイミド前駆体溶液1の代わりに用いて好ましい実施態様1と同様の方法を遂行する。ここで、現像の過程でパターン遺失が発生するため、適切な形状を有する所望のパターンを得ることが不可能である。パターン遺失を防止するためには、160℃にて10分間の露光後熱処理工程を、現像前に行うべきである。その後、所望のパターンを形成することが可能になり、こうして得られるパターンの最小線幅は40μmであり、厚さは1.2μmである。
前記好ましい実施態様の感光性ポリイミド組成物から得られたポリイミド被膜の物性をカキの方法で測定し、その結果を表1に示す。
最終的にポリイミドパターンを形成した後、熱的な衝撃による厚さの変化をモニターする。高温での厚さの変化が少ないほど耐熱性が良好であると言える。プレベーキング処理した膜厚さに対するポストベーキングした膜厚さの割合を残膜率と定義する。250℃にて1時間処理した後に残膜率が95%より高ければ良好、これ未満であれば不良であると評価する。
ポリイミドパターンを形成した後400nm乃至700nmの透過度を測定する。透過度が90%より高いならば良好、これ未満の場合を不良であると定義する。
薬品(10% NaOH水溶液、10% HCl水溶液、及びNMP)中に浸した場合の厚さの変化を観察することによって耐薬品性検査を実施する。(処理前の膜厚さ−処理後の膜厚さ)/(処理前の膜厚さ)×100(%)を厚さの変化率と定義する。化学物質に曝露した場合の厚さの変化率が小なるほど耐薬品性に優れていると言える。室温で1時間化学物質に浸しておいた場合の厚さの変化率が±3%以内であれば良好、この範囲外であれば不良であると判定する。
液晶ディスプレイ装置用透明保護膜として使用する被膜としては、段差のある基板上の被膜の平坦化程度が重要である。平坦度は(1−(コーティング後の段差)/(コーティング前の段差))×100(%)と定義する。平坦度評価用パターンはコーティング前の段差が1.0μmである10μmLine/10μmSpace(1:1)繰返しパターンを使用する。平坦度が70%以上の場合を良好、その未満の場合を不良であると判定する。
Claims (17)
- 酸価が30乃至200mgKOH/gの範囲内であることを特徴とする、請求項1に記載の反応性透明ポリイミド前駆体。
- 分子量が2,000乃至200,000の範囲内であることを特徴とする、請求項1に記載の反応性透明ポリイミド前駆体。
- (a−1)炭素数3乃至30の脂環族テトラカルボン酸二無水物から選択される1種以上のテトラカルボン酸二無水物と、(a−2)炭素数3乃至30の脂肪族、脂環族または非縮合芳香族系ジアミンから選択される1種以上のジアミンから透明な直鎖状ポリアミド酸(A)を調製する工程;及び
かくして調製された透明な直鎖状ポリアミド酸(A)を、同一分子内にエポキシ基を含むエチレン性不飽和化合物(B)でエステル化する工程;
とを含むことを特徴とする、請求項1の化学式1を有する反応性透明ポリイミド前駆体の調製方法。 - 前記テトラカルボン酸二無水物が、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物(CPDA)、ビシクロオクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物(BODA)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−3−メチルシクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物(DOCDA)、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−テトラリン−1,2−ジカルボン酸無水物(DOTDA)とからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項4に記載の反応性透明ポリイミド前駆体の調製方法。
- 前記ジアミンが、2−(メタクリロイルオキシ)エチル=3,5−ジアミノベンゾエート、3,5−ジアミノフェニルシンナメート及びクマロニル=3,5−ジアミノベンゾエートからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項4に記載の反応性透明ポリイミド前駆体の調製方法。
- 同一分子内にエポキシ基を含むエチレン性不飽和化合物(B)が、アリルグリシジルエーテル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート、グリシジル=5−ノルボルネン−2−カルボキシレート(エンド型とエキソ型との混合物)、グリシジル=5−ノルボルネン−2−メチル−2−カルボキシレート(エンド型とエキソ型との混合物)、1,2−エポキシ−5−ヘキセン及び1,2−エポキシ−9−デセンからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項4に記載の反応性透明ポリイミド前駆体の調製方法。
- 請求項1の反応性透明ポリイミド前駆体及び1種以上の光開始剤を必須成分として使用し、光増減剤、多機能性モノマー及び通常のコーティング添加剤とからなる群から選ばれる1種以上を添加して調製されることを特徴とする、感光性ポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 前記反応性透明ポリイミド前駆体が全体の固形分の重量に対して10乃至99重量%、光開始剤が全固形分の重量に対して0.1乃至90重量%であることを特徴とする、請求項9に記載の感光性ポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 得られるポリイミド被膜の厚さが0.5乃至100μmであることを特徴とする、請求項9に記載の感光性ポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 得られるポリイミド被膜の熱分解温度が300乃至500℃の範囲であることを特徴とする、請求項9に記載の感光性ポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 得られるポリイミド被膜の、400乃至700nmの間における光透過度が90%以上であることを特徴とする、請求項9に記載の感光性ポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 得られるポリイミド被膜の、1kHzで測定した誘電率が2.5乃至4.0の範囲内であることを特徴とする請求項9に記載の感光性ポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 請求項9に記載の感光性ポリイミド前駆体組成物を用いて調製されることを特徴とする感光性透明保護膜または絶縁膜。
- 請求項9に記載の感光性ポリイミド前駆体組成物が、透明保護膜または絶縁膜に適用されることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
- 請求項9に記載の感光性ポリイミド前駆体組成物が、液晶ディスプレイ装置用有機絶縁材用として適用されることを特徴とする、液晶ディスプレイ装置。
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