JP6958351B2 - 硬化膜およびポジ型感光性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
本発明者は鋭意検討を重ねた結果、絶縁層から発生する微量の酸性ガスが有機EL装置の長期信頼性を低下させる因子であることを突き止めるに至った。より具体的には、平坦化層または絶縁層から発生する酸性ガス、例えば二酸化硫黄、二酸化炭素、硫化水素などが電極と発光層の界面付近に蓄積され、画素の端部から発光輝度が低下する、もしくは不点灯となる、画素シュリンクと呼ばれる現象を引き起こすことを特定した。
この課題に対し、本発明者は以下の2つの態様にて解決できることを見出した。
なお、第2の態様のポジ型感光性樹脂組成物を硬化することにより、第1の態様の硬化膜を得ることができる。
本発明の硬化膜は、硬化膜中における環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物(c)の総含有量が0.005質量%以上5質量%以下である。環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物(c)を含有することで、該化合物(c)が酸性ガスのクエンチャーとして働き、発光輝度の低下や画素シュリンクを抑制し、有機EL装置として十分な長期信頼性を与えることが可能となるものと推定している。
アルカリ可溶性樹脂(a)に用いる一般式(4)で表されるオルガノシランは以下の通りである。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂(a)と、光酸発生剤(b)と、環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物(c)と、熱架橋剤(d)と、有機溶媒(e)を含有するポジ型感光性樹脂組成物であって、前記熱架橋剤(d)が、エポキシ化合物、オキセタニル化合物、イソシアネート化合物、酸性基を有するアルコキシメチル化合物および/または酸性基を有するメチロール化合物を含み、アルカリ可溶性樹脂(a)100質量部に対して化合物(c)を0.1質量部以上15質量部以下、有機溶媒(e)を100〜3000質量部含有する。以下に、各成分について説明する。
塗布現像装置Mark−7(東京エレクトロン(株)製)を用いて、8インチシリコンウェハー上にスピンコート法でワニスの塗布を行い、120℃で3分間ホットプレートにてベークをして膜厚3.0μmのプリベーク膜を作製した。その後、露光機i線ステッパーNSR−2005i9C(ニコン社製)を用い、10μmのコンタクトホールのパターンを有するマスクを介して、100〜1200mJ/cm2の露光量にて50mJ/cm2ステップで露光した。露光後、前記Mark−7の現像装置を用いて、2.38質量部のテトラメチルアンモニウム水溶液(以下2.38%TMAH、多摩化学工業(株)製)を用いて現像時の膜減りが0.5μmになる時間で現像した後、蒸留水でリンス後、振り切り乾燥し、現像膜のパターンを得た。
大日本スクリーン製造(株)製ラムダエースSTM−602を使用し、屈折率1.63として測定した。
前記の方法で得た現像膜のパターンをFDP顕微鏡MX61(オリンパス(株)社製)を用いて倍率20倍で観察し、コンタクトホールの開口径が10μmに達した最低必要露光量を求め、これを感度とした。
前記方法で得たプリベーク膜を、ナトリウムランプ照射下にて、塗布性を目視で確認した。全くムラがないものを○、少しムラがあるものを△、全面にムラがあるものを×とした。
塗布現像装置Mark−7(東京エレクトロン(株)製)を用いて、8インチシリコンウェハー上にスピンコート法でワニスの塗布を行い、120℃で3分間ホットプレートにてベークをして膜厚3.2μmのプリベーク膜を作製した。その後、前記Mark−7の現像装置を用いて、2.38質量部のテトラメチルアンモニウム水溶液(以下2.38%TMAH、多摩化学工業(株)製)を用いて現像時の膜減りが0.5μmになる時間で現像した後、蒸留水でリンス後、振り切り乾燥し、現像後ベタ膜を窒素雰囲気下所定の温度のオーブン中で60分間キュアし、硬化膜を得た。
有機EL表示装置の作製方法
図1に使用した基板の概略図を示す。まず、38×46mmの無アルカリガラス基板1に、表1の各実施例に即したポジ型感光性樹脂組成物からなるワニスをスピンコート法により塗布し、120℃のホットプレート上で2分間プリベークした。この膜にフォトマスクを介してUV露光した後、2.38%TMAH水溶液で現像し、露光部分のみを溶解させた後、純水でリンスした。得られたポリイミド前駆体パターンを、窒素雰囲気下所定の温度のオーブン中で60分間キュアした。このようにして、基板有効エリアに限定して平坦化層2を形成した(図1(a))。平坦化層2の厚さは約2.0μmであった。次に、スパッタ法によりAPC合金(Ag合金)膜100nmを基板全面に形成し、反射電極3としてエッチングした(図1(b))。その後、スパッタ法により酸化インジウムスズ(ITO)透明導電膜10nmを基板全面に形成し、第一電極4としてエッチングした。また、同時に第二電極8を取り出すため補助電極5も同時に形成した(図1(c))。得られた基板を“セミコクリーン56”(商品名、フルウチ化学(株)製)で10分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。次にこの基板全面に、表1の各実施例に即したポジ型感光性樹脂組成物からなるワニスをスピンコート法により塗布し、120℃のホットプレート上で2分間プリベークした。この膜にフォトマスクを介してUV露光した後、2.38%TMAH水溶液で現像し、露光部分のみを溶解させた後、純水でリンスした。得られたポリイミド前駆体パターンを、窒素雰囲気下250℃のオーブン中で60分間キュアした。このようにして、幅70μm、長さ260μmの開口部が幅方向にピッチ155μm、長さ方向にピッチ465μmで配置され、それぞれの開口部が第一電極4を露出せしめる形状の感光性ポリイミドからなる絶縁層6を、基板有効エリアに限定して形成した(図1(d))。なお、この開口部が最終的に発光画素となる。また、基板有効エリアは16mm四方、絶縁層6の厚さは約2.0μmであった。
作製した有機EL表示装置を、発光面を上にして80℃に加熱したホットプレートに乗せ、波長365nm、照度0.6mW/cm2のUV光を照射した。250時間、500時間、1000時間、1500時間経過後に10mA/cm2で直流駆動にて発光させ、発光画素における発光面積を測定した。
2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(以降BAHFと呼ぶ)18.3g(0.05モル)をアセトン100mL、プロピレンオキシド17.4g(0.3モル)に溶解させ、−15℃に冷却した。ここに3−ニトロベンゾイルクロリド20.4g(0.11モル)をアセトン100mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下終了後、−15℃で4時間反応させ、その後室温に戻した。析出した白色固体をろ別し、50℃で真空乾燥した。
乾燥窒素気流下、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物(以降ODPAと呼ぶ)31.0g(0.10モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)500gに溶解させた。ここに合成例1で得られたヒドロキシル基含有ジアミン化合物45.35g(0.075モル)と1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン1.24g(0.005モル)をNMP50gとともに加えて、20℃で1時間反応させ、次いで50℃で2時間反応させた。次に末端封止剤として4−アミノフェノール4.36g(0.04モル)をNMP5gとともに加え、50℃で2時間反応させた。その後、N,N−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール28.6g(0.24モル)をNMP50gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、50℃で3時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を室温まで冷却した後、溶液を水3Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で24時間乾燥し、目的のアルカリ可溶性樹脂(A−1)であるポリイミド前駆体を得た。
乾燥窒素気流下、BAHF29.3g(0.08モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン1.24g(0.005モル)、末端封止剤として、3−アミノフェノール3.27g(0.03モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)150gに溶解した。ここにODPA31.0g(0.1モル)をNMP50gとともに加えて、20℃で1時間撹拌し、次いで50℃で4時間撹拌した。その後、キシレンを15g添加し、水をキシレンとともに共沸しながら、150℃で5時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水3Lに投入して白色沈殿を集めた。この沈殿をろ過で集めて、水で3回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で24時間乾燥し、アルカリ可溶性樹脂(A−2)であるポリイミドを得た。
乾燥窒素気流下、BAHF18.3g(0.05モル)をNMP50g、グリシジルメチルエーテル26.4g(0.3モル)に溶解させ、溶液の温度を−15℃まで冷却した。ここにジフェニルエーテルジカルボン酸ジクロリド(日本農薬(株)製)7.4g(0.025モル)、イソフタル酸クロリド(東京化成(株)製)5.1g(0.025モル)をγ−ブチロラクトン(GBL)25gに溶解させた溶液を内部の温度が0℃を越えないように滴下した。滴下終了後、−15℃で6時間撹拌を続けた。反応終了後、メタノールを10質量部含んだ水3Lに溶液を投入して白色の沈殿を集めた。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で24時間乾燥し、目的のアルカリ可溶性樹脂(A−3)であるポリベンゾオキサゾール前駆体を得た。
500mlのフラスコに2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を5g、t−ドデカンチオールを5g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、PGMEAと略する)を150g入れた。その後、メタクリル酸を30g、ベンジルメタクリレートを35g、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルメタクリレートを35g加え、室温でしばらく撹拌し、フラスコ内を窒素置換した後、70℃で5時間加熱撹拌した。次に、得られた溶液にメタクリル酸グリシジルを15g、ジメチルベンジルアミンを1g、p−メトキシフェノールを0.2g添加し、90℃で4時間加熱撹拌し、アクリル樹脂溶液(A−4)を得た。得られたアクリル樹脂溶液(A−4)の固形分濃度は43質量部であった。
乾燥窒素気流下、TrisP−PA(商品名、本州化学工業(株)製)21.22g(0.05モル)と5−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド36.27g(0.135モル)を1,4−ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合したトリエチルアミン15.18gを、系内が35℃以上にならないように滴下した。滴下後30℃で2時間撹拌した。トリエチルアミン塩を濾過し、ろ液を水に投入した。その後、析出した沈殿をろ過で集めた。この沈殿を真空乾燥機で乾燥させ、下記式で表されるキノンジアジド化合物(B−1)を得た。
乾燥窒素気流下、TrisP−PA(商品名、本州化学工業(株)製)21.22g(0.05モル)と4−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド36.27g(0.135モル)を1,4−ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合したトリエチルアミン15.18gを、系内が35℃以上にならないように滴下した。滴下後30℃で2時間撹拌した。トリエチルアミン塩を濾過し、ろ液を水に投入した。その後、析出した沈殿をろ過で集めた。この沈殿を真空乾燥機で乾燥させ、下記式で表されるキノンジアジド化合物(B−2)を得た。
前記合成例2で得られたアルカリ可溶性樹脂(A−1)10.0g、前記合成例6で得られたキノンジアジド化合物(B−1)1.2g、環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物(c)としてN,N−ジメチルホルムアミド(表中「C−1」)を0.1g、熱架橋剤(d)としてNC3000(表中「D−1」)を2g、有機溶媒(e)としてのプロピレングリコールモノメチルエーテル30.0gとγ−ブチロラクトン8.0gに溶解した後、0.2μmのポリテトラフルオロエチレン製のフィルター(住友電気工業(株)製)で濾過してポジ型感光性樹脂組成物(ワニス)aを得た。このワニスaを用いて、前記方法で感度評価現像膜と硬化膜と有機EL表示装置を作製し、感度と有機EL表示装置の長期信頼性を評価した。その際キュアは250℃で行った。
参考例1と同様の方法で、化合物の種類と量は表1記載の通りでワニスb〜pを得た。このワニスb〜pを用いて、前記方法で感度評価現像膜と硬化膜と有機EL表示装置を作製し、感度と硬化膜中の化合物(c)の総含有量と有機EL表示装置の長期信頼性を評価した。その際のキュア温度も表1に記載する。隣接する番号の参考例において、平坦化層及び絶縁層を形成するワニスの種類(ポジ型感光性樹脂組成物)またはキュア温度が同じ場合、理解を容易にするため、それらの欄を合せて記載することがある。なお表1で示した化合物の名称と構造を示す。
A−1:合成例2で得られたアルカリ可溶性樹脂(A−1)
A−2:合成例3で得られたアルカリ可溶性樹脂(A−2)
A−3:合成例4で得られたアルカリ可溶性樹脂(A−3)
A−4:合成例5で得られたアルカリ可溶性樹脂(A−4)
B−1:合成例6で得られたキノンジアジド化合物(B−2)
B−2:合成例7で得られたキノンジアジド化合物(B−2)
C−1:N,N−ジメチルホルムアミド(沸点:153℃)
C−2:N,N−ジメチルイソブチルアミド(沸点:198℃)
C−3:3−メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド(沸点:216℃)
C−4:3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド(沸点:252℃)
C−5:ステアリン酸アマイド(沸点:250℃/12mmHg、常圧沸点換算時:412℃)
D−1:NC3000(商品名、日本化薬(株)製)、エポキシ化合物である熱架橋剤(d)
D−2:HMOM−TPHAP(商品名、本州化学工業(株)製)、酸性基を有するアルコキシメチル化合物である熱架橋剤(d)
F:BIR−PC(商品名、旭有機材工業(株)製)、フェノール性水酸基を有する化合物(f)
参考例1〜16の評価結果を表1に示す。
参考例1と同様の方法で、化合物の種類と量は表2〜4記載の通りでワニスA〜Qを得た。このワニスA〜Qを用いて、前記方法で感度評価現像膜と硬化膜と有機EL表示装置を作製し、感度と硬化膜中の化合物(c)の総含有量と有機EL表示装置の長期信頼性を評価した。その際のキュア温度も表2〜4に記載する。隣接する番号の実施例において、平坦化層及び絶縁層を形成するワニスの種類(ポジ型感光性樹脂組成物)またはキュア温度が同じ場合、理解を容易にするため、それらの欄を合せて記載することがある。なお表2〜4で示した化合物の名称と構造を示す。(表1と重複する化合物の説明は省略する。)
C−6:N−メチル−2−ピロリドン(沸点:203℃)
C−7:1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(沸点:220℃)
C−8:N−シクロヘキシル−2−ピロリドン(沸点:154℃/7mmHg、常圧沸点換算時:305℃)
C−9:N−(2−ヒドロキシエチル)−2−ピロリドン(沸点:175℃/10mmHg、常圧沸点換算時:313℃)
実施例1〜41の評価結果を表2〜4に示す。
参考例1と同様の方法で、化合物の種類と量は表5記載の通りでワニスG、R〜Xを得た。このワニスG、R〜Xを用いて、前記方法で感度評価現像膜と硬化膜と有機EL表示装置を作製し、感度と硬化膜中の化合物(c)の総含有量と有機EL表示装置の長期信頼性を評価した。その際のキュア温度も表5に記載する。隣接する番号の比較例において、平坦化層及び絶縁層を形成するワニスの種類(ポジ型感光性樹脂組成物)またはキュア温度が同じ場合、理解を容易にするため、それらの欄を合せて記載することがある。なお表5で示した化合物の名称と構造を示す。(表1〜4と重複する化合物の説明は省略する。)
C−10:アニリン(沸点:184℃)、化合物(c)に該当しない。
C−11:1−メチルイミダゾール(沸点:198℃)、化合物(c)に該当しない。
D’−3:NIKALAC MW−100LM(商品名、(株)三和ケミカル製)、メラミン化合物である熱架橋剤、熱架橋剤(d)に該当しない。
比較例1〜9の評価結果を表5に示す。
2:平坦化層
3:反射電極
4:第一電極
5:補助電極
6:絶縁層
7:有機EL層
8:第二電極
Claims (9)
- アルカリ可溶性樹脂(a)と、光酸発生剤(b)と、環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物(c)と、熱架橋剤(d)を含む感光性樹脂組成物の硬化物からなる硬化膜であって、前記熱架橋剤(d)が、エポキシ化合物、オキセタニル化合物、イソシアネート化合物、酸性基を有するアルコキシメチル化合物および/または酸性基を有するメチロール化合物を含み、前記化合物(c)の沸点が、210℃以上であり、硬化膜中における化合物(c)の総含有量が0.005質量%以上5質量%以下である硬化膜を具備する、有機EL表示素子。
- 前記化合物(c)の沸点が、210℃以上400℃以下である、請求項1に記載の硬化膜を具備する、有機EL表示素子。
- 前記化合物(c)が、N−シクロヘキシルピロリドンおよび/またはN−(2−ヒドロキシエチル)−2−ピロリドンを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の硬化膜を具備する、有機EL表示素子。
- 前記アルカリ可溶性樹脂(a)が、ポリイミド前駆体、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール前駆体、ポリベンゾオキサゾールおよび/またはそれらの共重合体を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の硬化膜を具備する、有機EL表示素子。
- 前記熱架橋剤(d)が酸性基を有するアルコキシメチル化合物および/または酸性基を有するメチロール化合物を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の硬化膜を具備する、有機EL表示素子。
- 前記光酸発生剤(b)が、4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の硬化膜を具備する、有機EL表示素子。
- さらにフェノール性水酸基を有する化合物(f)を含む、請求項1〜7のいずれかに記載の硬化膜を具備する、有機EL表示素子。
- 表示エリアにおける硬化膜の開口率が20%以下である、請求項1〜8のいずれかに記載の有機EL表示素子。
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