KR100491894B1 - 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자 및 이를 포함하는감광성 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자 및 이를 포함하는 감광성 수지 조성물에 관한 것으로, 칼라를 띠는 색소분자 내의 페놀기 또는 아닐린기에 산반응 분해성 작용기 및 라디칼 중합반응에 참여할 수 있는 작용기가 치환된 색소분자 전구체를 포함하는 단량체로부터 합성된 공중합체 이상의 다원공중합체의 감광성 고분자 및 이를 포함하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 감광성 고분자는 광산발생제가 산반응 분해성 작용기를 분해하면서 양성자 산이 다시 생성되어 보호기가 연쇄적으로 분해되는 화학증폭작용이 일어나 효과적으로 탈보호 반응이 일어나도록 제조된 것으로서, 이를 이용할 경우 박막 제작이 가능하고 광미세 가공기술에 의한 선택적인 탈보호 반응 전후의 용해도 차이가 분명하여 현상을 하면 미세패턴이 가능할 뿐만 아니라 칼라 변화가 pH에 따라 가역성이 있는 바, 이와 같은 물성을 이용하면 칼라이미지를 구현하고 다양한 pH를 가지는 손님분자와의 상호작용으로 칼라의 변화를 감지할 수 있으므로 칼라이미지, 고분자 지시약, 센서, 집적회로의 표시소자 등의 특수한 용도로 적합하며, 또한 식품포장 재료에 적용할 경우 식품의 부패, 발효 등의 과정으로 생성된 산, 염기 부산물에 따른 색깔변화를 감지할 수 있는 고분자 재료로 이용될 수 있다.

Description

칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자 및 이를 포함하는 감광성 수지 조성물 {Photosensitive polymeric materials for color image and color sensor, and compositions containing them}
본 발명은 분자내 2개 이상의 페놀기 또는 아닐린기를 가지는 색소분자에 산반응 분해성 작용기와 라디칼 중합반응에 참여할 수 있는 작용기가 치환된 전구체를 포함하는 단량체로부터 합성되며, 화학증폭 작용에 의해 산반응 분해성 작용기가 탈보호되면서 미세패턴 구현이 가능한 감광성 고분자 및 이를 포함하는 감광성 수지 조성물에 관한 것이다.
빛을 이용하는 광미세 가공기술은 초고집적 반도체 가공기술의 미세회로 제작에 있어서 핵심기술로 발전하였다. 이러한 가공공정에 사용되는 재료는 유기고분자 재료이며, 광반응에 의한 분자구조의 변화로 상기 고분자의 용해도가 변화되어 적당한 현상액으로 현상하게 되면 미세패턴을 얻을 수 있다.
최근에는 이러한 미세패턴을 구현하는 기술을 형광 및 칼라를 띄는 물질에 적용하여 다양한 연구결과가 발표되었는데, 그 내용은 퀴니자린(quinizarine) 유도체(Chemistry of Materials, Vol.10, No.9 2332-2334, 1998)와 같이 형광 또는 칼라를 띄는 물질을 이용한 형광 및 칼라 이미지에 관한 것이다.
퀴니자린 단분자는 벤젠고리에 있는 2개의 히드록시기(페놀기)와 카르보닐기가 분자내 수소결합을 하는 구조를 가져 형광을 띄는 물질이지만, 페놀기를 산반응 분해성 작용기로 치환시키면 형광이 소멸된다. 산반응 분해성 작용기로 보호된 페놀기는 빛에 의해 발생된 산에 의해서 선택적으로 분해되면 처음의 구조로 되면서 다시 형광이 나타나게 되는데, 이러한 성질을 광미세가공기술에 적용함으로써 형광이미지를 얻을 수 있다.
또 다른 예로서, 플루오레세인(fluorecein)(J. Vac. Sci. Technol. B17(6), 33450, 1997), 쿠마린(cumarins)(Proc. SPIE, 3678, 1062, 1999) 등을 이용한 형광 이미지 구현에 관한 연구들이 있다. 하지만, 이처럼 단순한 이미지 구현은 가능하지만 현상까지 가능한 감광성 재료의 개발은 휠씬 까다로운 물성이 요구된다. 따라서 지금까지 보고된 형광 및 칼라이미지 용도의 재료가 갖는 단순한 이미지 뿐만 아니라 현상이 가능한 집적회로 제작용 감광성 고분자 재료로 개발되기 위해서는 다양한 물성에 부합되는 재료가 필요하다.
지금까지 기술한 바와 같이, 상기 요구조건에 부합되는 고분자 재료를 개발하기 위해서는 새로운 분자설계가 필요하다. 지금까지 연구개발된 형광, 칼라 기능의 단분자들은 단순히 고분자에 혼합하는 방법을 채택하기 때문에 미세패턴을 얻는데에는 한계가 있었다.
이에 본 발명자들은 고분자화할 수 있는 작용기와 용해도 변화를 동시에 갖도록 분자내 이작용기성 색소분자를 도입한 감광성 고분자를 설계하였다. 즉, 칼라기능의 색소분자 중에서도 2개 이상의 페닐기 또는 아닐린기가 있는 이작용기가 포함된 분자를 출발물질로 함으로써 쉽게 산반응 분해성 작용기와 메틸메타크릴레이트와 같은 라디칼 중합반응에 참여하는 작용기를 포함하는 고분자 전구체 합성이 가능하도록 하였다. 또한 분명한 용해도 변화를 갖기 위하여, 페놀프탈레인 분자와 같이 락톤기가 포함된 색소분자가 산반응 분해성 작용기의 분해 후 연속적인 반응에 의해 가수분해됨으로써 알칼리 현상액에 의한 현상이 더욱 용이하도록 하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 광미세패턴이 구현되도록 이작용기성 색소분자를 도입한 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 감광성 고분자를 포함하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라이미지 및 칼라센서용 감광성 고분자는 2개 이상의 페놀기 또는 아닐린 작용기를 가지는 색소분자의 각 작용기가 산반응 분해성 작용기 및 라디칼 중합반응에 참여할 수 있는 작용기로 각각 치환된 색소분자 전구체를 포함하는 단량체의 중합반응으로 합성된다.
분자내에 2개 이상의 페놀기 또는 아닐린기를 갖는 색소분자로는 칼라를 띄는 물질로서, 페놀프탈레인(phenolphthalein) 분자를 비롯한 다양한 유기색소 분자들, 예를 들면 o-크레졸페놀프탈레인(o-cresol phenolphthalein), 테트라브로모페놀프탈레인(tetrabromo phenolphthalein), 로솔린산(rosolic acid), N,N'-비스(살리실리덴)-1,2-페닐렌디아민(N,N'-bis(salicylidene)-1,2-phenylenediamine), 글리옥살비스(2-히드록시아닐)(glyoxalbis(2-hydroxyanil)), N,N'-비스(2-히드록시-α-페닐벤질리덴)-에틸렌디아민(N,N'-bis(2-hydroxy-α-phenylbenzylidene)-ethylene diamine), 2,2-디히드록시아조벤젠(2,2-dihydroxyazobenzene), 디클로로플루오레세인(dichlorofluorecein) 및 인디고(indigo) 화합물 등이 있다.
상기 색소분자들은 산반응 분해성 작용기 및 메틸메타크릴레이트기를 동시에 치환할 수 있는 작용기를 가지고 있으므로 본 발명의 기술을 적용시킬 수 있다. 구체적으로 상기와 같은 단분자는 분자내 2개 이상의 페놀기 또는 아닐린기를 가진 구조로서, 여기에 산반응 분해성 작용기를 치환시키고, 나머지 한쪽에 라디칼 반응에 참여할 수 있는 작용기를 치환시켜 고분자 전구체를 합성할 수 있다.
또한 상기 색소분자는 바람직하게는 락톤기(lactone)를 포함한다. 색소분자 내에서의 상기 락톤기의 역할은 미세패턴 구현시에 분명한 용해도 변화를 제공하기 위한 것이다. 그리하여 락톤기가 포함된 색소분자가 산반응 분해성 작용기의 분해 후 연속적인 반응에 의해 가수분해됨으로써 알칼리 현상액에 의한 현상이 더욱 용이해지는 것이다.
상기 산반응 분해성 작용기는 테르트-부틸옥시카르보닐(t-BOC: tert-butyloxycarbonyl), 아세탈 구조의 테트라히드로피란(tetrahydropyran) 및 아세틸기로 구성된 군에서 선택되며, 상기 라디칼 중합반응에 참여할 수 있는 작용기는 메타크릴레이트기(methacrylate)이다. 상기 산반응 분해성 작용기의 함량은 고분자 총중량에 대하여 3 내지 10 중량%이다.
상기 조건을 만족시키는 색소 단분자 중 페놀프탈레인은 분자내 2개의 페놀기와 락톤 구조를 갖고 있다. 페놀프탈레인에 존재하는 2개의 페놀기기 각각에 t-BOC와 같은 산반응 분해성 작용기와 메타크릴레이트와 같은 라디칼 중합반응에 참여할 수 있는 작용기를 도입하여 이를 중합하여 칼라이미지용 재료에 응용할 수 있다.
페놀프탈레인은 산염기 지시약으로 사용되는 것으로서, 산성에서는 무색, 염기성에서는 적색을 띠며 변색범위는 pH 8.3∼10이다. 본 발명의 감광성 고분자는 이와 같은 색소 단분자를 이용하여 고분자화시킨 것으로, 미세패턴, 칼라이미지 및 칼라센서로 응용될 수 있는 간단하면서도 우수한 물성을 가진 감광성 재료이다.
페놀프탈레인을 사용하여 칼라이미지를 구현하는 과정을 간략히 살펴보면, 촉매량 만큼 광산발생제가 포함된 감광성 고분자 조성물의 필름을 제작한 후 포토마스크 하에서 노광하게 되면 발생된 산에 의해 노광된 부부만 산반응 분해성 작용기가 연쇄적으로 분해되는 화학증폭작용이 일어난다. 뿐만 아니라 분자내 존재하는 락톤구조의 가수분해 반응이 동시에 일어나 카르복시산 구조로 변하게 된다. 이러한 탈보호 반응에 의해 생성된 고분자와 탈보호되지 않은 고분자의 중요한 용해도 변화가 생겨 적당한 알코올 현상용액으로 현상하면 탈보호된 고분자만 선택적으로 세정되어 포지티브 미세패턴을 효과적으로 얻을 수 있다. 이때 얻어진 미세패턴은 노광되지 않은 부분이므로 다시 노광, 탈보호 반응시킨 다음 염기성 용액으로 처리하면 발색단 구조의 변화로 붉은색의 칼라이미지를 얻을 수가 있다.
칼라기능을 가지는 페놀프탈레인 구조를 포함하는 감광성 고분자를 칼라센서의 용도로서 사용할 경우, 특정 손님분자와의 선택특이성, 가역성, 안정성 등을 확보하기 위하여 손님분자와 상호작용이 가능한 특수부위의 존재유무가 중요하다. 본 발명에 따른 감광성 고분자는 산염기 조건에서 쉽게 가수분해되는 락톤기를 포함하므로 상술한 특이성, 가역성, 안정성 등을 동시에 확보할 수 있는 장점이 있다. 즉, 광산발생제에 의해 발생된 산은 산반응 분해성 작용기의 탈보호작용을 함과 동시에 락톤기의 가수분해를 촉진시킨다. 락톤기는 고리분해 반응으로 카르복실산과 알콜 형태로 분해되며, 이로 인하여 고분자의 극성이 커지므로 알콜 및 수용액과 같은 극성이 큰 현상용액에서 쉽게 현상이 가능하다. 가수분해된 감광성 고분자는 염기조건에 두면 페놀 구조가 퀴노이드 구조의 발색단으로 바뀌면서 적색을 띠게 되는데, 산성 조건하에서 다시 무색으로 변하는 가역성을 가진다. 이처럼 산염기 조건에서 칼라변화가 일어나는 성질을 이용하여 무기산, 무기염을 비롯하여 다양한 유기산, 염기에 적용하면 동일한 칼라변화를 구현할 수 있으므로 본 발명의 감광성 고분자는 칼라센서용 재료에도 적합하다.
본 발명에 따른 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자는 상술한 바와 같은 산반응 분해성 작용기 및 라디칼 중합반응에 참여할 수 있는 작용기로 치환된 색소분자의 전구체를 단독으로 중합하여 합성될 수 있으나, 상기 색소분자 전구체 이외에 광변색용 고분자 전구체 및 메틸메타크릴레이트 전구체 등을 다양하게 조합하여 중합시키면 공중합체, 삼원공중합체, 사원공중합체 또는 그 이상의 다원공중합체가 합성될 수 있으며, 또한 합성된 고분자간의 블렌드 조성물도 가능하다.
상기 광변색용 고분자 전구체는 나프타센퀴논(naphthacenequinone)의 전구체로서 나프타센퀴논의 특정 탄소위치에 고분자화 반응에 참여할 수 있는 작용기 예를 들면 스티렌옥시, 메타크릴로일 알킬페녹시기(methacryloyl alkylphenoxy)가 치환된 구조를 갖는다. 상기 전구체는 THF 용매, 라디칼 개시재 AIBN(2%) 또는 BPO(2%) 존재하에서 12시간 이상 반응시켜 얻을 수 있다. 본 발명의 감광성 고분자는 각각의 분자들이 나타내는 다양한 칼라기능을 이용하여 용도에 알맞는 센서재료에 적용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 감광성 고분자의 분자량은 원칙적으로는 제한이 없으나, 수평균분자량이 5,000 내지 200,000, 바람직하게는 10,000 내지 100,000이 적절하다. 조성비(몰비) 또한 요구되는 용도의 특성에 따라 그 범위가 매우 넓다.
예를 들면, 폴리(페놀프탈레인-메틸메타크릴레이트) 공중합체의 경우, 그 조성비가 1:3 이상인 경우에는 문제가 없으나, 1:5 이하로 페놀프탈레인 작용기가 적게 함유되어 칼라강도가 약한 경우 페놀프탈레인에 존재하는 2개의 히드록시기 모두에 산반응 분해성 작용기가 치환된 단량체를 5 내지 20% 범위의 중량비로 혼합하면 물성조절이 가능하다.
본 발명은 또한 상기 감광성 고분자를 포함하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 수지 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 감광성 고분자 100 중량부에 대하여 광산발생제 1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따라 광산발생제를 감광성 고분자 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 범위로 혼합하고 이를 스핀도포하여 필름을 제작한 다음 선택적으로 노광하면, 산반응 분해성 작용기가 광산발생제에 의해 분해되면서 연속적으로 페놀프탈레인의 락톤기를 가수분해함으로써 용해도 차이를 유발시켜 집적회로 제작이 가능하게 된다.
따라서, 현상성을 증가시킬 수 있는 페놀프탈레인 작용기인 락톤기는 삼원 또는 사원공중합체에 반드시 구성인자로 포함되어야 하는데, 적어도 전체 조성물의 중량비에 대하여 10% 이상으로 포함되어야 한다.
그리고 상기 광산발생제(photochemical acid generator)는 일반적으로 사용되는 무기계 광산발생제 또는 유기계 광산발생제로, 예를 들면 트리페닐술포늄 헥사플루오로안티모네이트(TPSHFA: triphenylsulfonium hexafluoroantimonate), 트리페닐술포늄 트리플레이트(TPSOTF: triphenylsulfonium triflate)와 같은 오니움 (onium)염을 이용할 수 있으며, 특별히 제한되지는 않는다.
본 발명의 감광성 고분자 조성물은 광미세 가공기술을 적용하여 1.0 ㎛ 수준의 미세가공이 가능하고 집적회로, 센서용 재료에 적합한 기계적 물성을 나타내므로 각종 집적회로, 센서용 재료 뿐만 아니라 현상성 필름, 기저 항-반사 코팅(bottom anti-reflective coating) 재료, 칼라코팅, 표시소자 등 다양한 용도의 감광성 재료로 적합하다.
특히 본 발명의 고분자는 식품 포장재료에 응용할 경우, 발효식품의 발효 및 부패 등의 과정으로 생성된 산, 염기 부산물에 의한 pH 변화를 이용하여 색깔 변화를 감지할 수 있는 센서재료로도 응용될 수 있다. 그리고 250 nm 영역에서의 빛 흡수도가 높은 발색단을 가진 고분자들은 유기반도체 재료의 기저 항-반사 코팅재료 등의 특수한 용도로도 사용이 가능하다.
이하 실시예를 들어 본 발명에 따른 감광성 고분자의 합성과 조성물의 제조방법, 미세패턴의 형성방법 및 센서용 재료의 물성 평가에 대하여 상세히 설명하겠는 바, 하기 실시예는 본 발명에 따른 감광성 고분자 및 조성물 모두를 포함한 것이 아니라 대표적인 예를 들어 나타낸 것이나, 하기 실시예에 의해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
본 실시예에서는 칼라를 띠는 색소분자(dye)에 산반응 분해성 작용기(R)와 고분자 반응에 참여하는 메틸메타크릴레이트 작용기(P)를 도입하여 감광성 고분자를 합성하였으며, 개략적인 합성과정은 다음 반응식 1과 같다.
여기서, R은 t-BOC, COCH3 또는 THP이고; P는 메틸메타크릴레이트이며; 색소분자는 페놀프탈레인, o-크레졸페놀프탈레인, 테트라브로모페놀프탈레인, 로솔린산, 2,2-디히드록시아조벤젠, 글리옥살비스(2-히드록시아닐), N,N'-비스(살리실리덴)-1,2-페닐렌디아민, N,N'-비스(2-히드록시-알파-페닐벤질리덴)-에틸렌디아민, 디클로로플루오레세인 또는 인디고이다.
상기 색소분자들의 구조는 다음의 화학식 1과 같다.
먼저 합성단계 1(step 1)에서 테트라히드로퓨란(THF: tetrahydrofuran) 용매에 0.1 mol 색소분자, 0.3 mol 트리에틸아민(triethylamine) 염기용액, 0.1 mol 산반응 분해성 작용기인 디테르트부틸 디카르보네이트(ditertbutyl dicarbonate) 또는 아세틸클로라이드(acetylchloride)를 상온에서 천천히 적가한 다음 5시간 동안 반응시킨 결과, 산반응 분해성 작용기가 하나만 치환된 화합물 2를 주생성물로 수득하였다. 합성된 화합물 2는 분리하지 않고 연속적으로 다음 반응에 사용하였다.
합성단계 2(step 2)에서는 합성단계 1의 용액에 0.1 mol 메타크릴로일클로라이드(methacryloyl chloride)를 천천히 적가하고 상온에서 2시간 동안 반응시킨 다음 감압증류한 후 에틸아세테이트 용매로 추출하였다. 그런 다음 유기층 용액을 감압증류한 후 관크로마토그래피(column chomatography)로 분리하여 화합물 3을 수득하였다.
화합물 3의 핵자기공명(NMR) 분석결과, 산반응 분해성 작용기인 t-BOC 및 아세틸기에 해당하는 1.7 및 2.1 ppm 부근에서 전형적인 피크가 나타났고 메타크릴레이트에 해당하는 5.9 및 6.5 ppm 부근에서 피크가 검출되었다. 그리고 적외선 분광기(IR) 분석결과, 산반응 분해성 작용기의 전형적인 카르보닐기에 해당하는 1,760 및 1,740 cm-1에서 진동흡수밴드가 검출되어 화합물 3의 합성을 확인하였다. 상기 기술한 바와 같이 화합물 3의 합성은 상기 화학식 1에서 나열한 10종의 색소분자로부터 각각 동일한 방법을 이용하여 합성이 가능하였다.
합성단계 3(step 3)은 화합물 3으로부터 합성되는 감광성 고분자의 제조단계로서, 공중합체의 경우 디옥산(dioxane) 용매에 0.01 mol의 화합물 3, 0.02 mol 메틸메타크릴레이트를 적가하여 라디칼 개시제로서 3% AIBN(2,2'-azo-bis-isobutyronitrile) 또는 BPO(benzoyl peroxide) 존재하에서 24시간 동안 60℃에서 반응시켰다. 그런 다음 상기 반응용액을 과량의 메탄올 용매에 천천히 적하하여 공중합체 침전물을 수득하였다.
삼원공중합체의 경우 디옥산 용매에 0.01 mol의 화합물 3, 0.02 mol 메틸메타크릴레이트, 0.01 mol 나프타센퀴논 전구체를 3% AIBN 또는 BPO 존재하에서 24시간 동안 반응시켜 합성하였다. 여기서 사용된 나프타센퀴논 전구체는 다음의 화학식 2와 같이 스틸렌옥시기가 치환된 나프타센퀴논(SNQ) 또는 페닐옥시메타크릴레이트기가 치환된 나프타센퀴논(MNQ)이다.
합성된 공중합체 및 삼원공중합체 고분자의 열분석 결과, t-BOC 및 아세틸기 치환 산반응 분해성 작용기 각각 170, 220℃ 부근에서 열분해되어 아세틸기가 치환된 고분자가 열에 더욱 안정한 것으로 나타났다. 겔투과크로마토그래피(GPC)에 의한 합성된 감광성 고분자의 수평균 분자량은 5,000 내지 100,000 정도의 범위이었다. 합성된 감광성 고분자의 산반응 분해성 작용기는 고분자 총중량에 대하여 3 내지 10%이었다. 산반응 분해성 작용기의 함량은 색소분자의 조성비에 따라 조절될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 공중합체 및 삼원공중합체는 상기 반응식 1에 따라 색소분자의 전구체, 메틸메타크릴레이트 및 나프타센퀴논 전구체과의 조합으로 합성되며, 조성비 또한 원하는 물성에 따라 적절히 조절할 수 있다.
실시예 2
본 실시예에서는 실시예 1에서 합성한 감광성 고분자를 이용하여 감광성 수지 조성물을 제조하고 칼라이미지 용도의 미세패턴을 형성하였다.
본 발명의 칼라이미지 및 센서용 감광성 수지 조성물은 상기 실시예 1에서 합성한 감광성 고분자 100 중량부에 광산발생제로서 트리페닐술포늄 헥사플루오로안티모네이트와 같은 오니움염을 1 내지 5 중량부 첨가한 후, 프로필렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate), 시클로헥사논 (cyclohexanone), 디옥산 등의 용매를 상기 용질 중량의 8배만큼 첨가하여 용질을 완전히 용해시킨 후, 이를 0.2 ㎛ 필터로 처리하여 제조하였다.
미세패턴을 구현하기 위하여, 제조된 감광성 수지 조성물을 실리콘 웨이퍼 표면에 도포하고 스핀코팅기를 이용하여 2,000 rpm으로 회전시키며 0.5 ㎛ 두께의 박막을 제조한 다음, 248 nm의 DUV(Deep Ultra Violet) 노광장치와 포토마스크를 이용하여 1분간 노광하고, 120℃의 일정온도에서 2분간 후열처리(post-exposure baking)하였다. 이후 열처리된 기판을 2.38% 테트라메틸암모늄 히드록시드(TMAH: tetramethylammonium hydroxide) 용매에 30 내지 60초간 침지(dipping)시켜 1 ㎛ 선폭의 미세패턴을 얻었다.
이와 같이 형성된 미세패턴 부분은 산반응 분해성 작용기가 부착된 상태이므로 재노광, 열처리과정으로 탈보호 반응시킴으로써 최종적으로 칼라이미지를 구현하였다. 탈보호된 감광성 고분자 화합물을 IR 분광기로 분석한 결과, 산반응 분해성 작용기에 해당하는 카르보닐 작용기의 소멸이 확인되었다.
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 상기 실시예로 한정되지 않으며, 본 발명의 취지에서 벗어나지 않는 한도 내에서 공중합체, 삼원공중합체, 상업용 광산발생제, 물성향상을 위한 첨가제 및 그 조성비를 변화시켜 실시할 수 있음은 자명한 것이다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 감광성 고분자 및 수지 조성물은 종래의 센서용 재료에서 요구되는 높은 기계적 물성, 열안정성, 응답성, 가역성에 부합되는 감광성 재료로서 뿐만 아니라 정보의 저장, 기록 등에 이용될 수 있는 칼라이미지 및 센서용 재료로 적당하다. 또한 치환된 산반응 분해성 작용기로 인하여 선택적 노광과 화학증폭작용에 의한 탈보호 반응 뿐만 아니라 락톤기의 가수분해를 유도할 수 있으므로, 광미세 가공기술에 요구되는 투명성, 고감도, 접착성 및 현상성이 현저하게 개선된 미세패턴 구현이 가능한 점이 종래의 센서용 재료에 비하여 혁신적이라 할 수 있다. 따라서 본 발명의 물질은 최근 차세대 반도체 재료의 초미세 가공기술에 새롭게 개발되고 있는 기저 항반사 코팅재료, 각종 집적회로, 센서용 재료 뿐만 아니라 현상성 필름, 칼라코팅, 표시소자 등의 전자재료 분야에도 적용할 수 있다. 특히 본 발명의 감광성 고분자물질은 pH에 따라 칼라가 변하는 가역성을 가지므로 이를 이용하여 식품용 각종 포장재료에 응용할 경우 식품의 변질에 따른 부산물에 의해 신선도를 가늠할 수 있는 고분자 재료로도 응용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 페놀기 및 아닐린 작용기로부터 선택된 작용기를 2개 이상 가지는 색소분자의 작용기가 산반응 분해성 작용기 및 라디칼 중합반응에 참여할 수 있는 작용기로 치환된 하기와 같은 화학식의 색소분자 전구체를 포함하는 단량체의 중합반응으로 합성되는 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자.
    [화학식]
    상기 화학식에서 R은 산반응 분해성 작용기이고; P는 라디칼 중합반응에 참여할 수 있는 작용기이며; dye는 색소분자이다.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 색소분자는 하기 화학식 1의 페놀프탈레인, o-크레졸페놀프탈레인, 테트라브로모페놀프탈레인, 로솔린산, N,N'-비스(살리실리덴)-1,2-페닐렌디아민, 글리옥살비스(2-히드록시아닐), 2,2-디히드록시아조벤젠, N.N'-비스(2-히드록시-α-페닐벤질리덴)-에틸렌디아민, 디클로로플루오레세인 및 인디고로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자.
    [화학식 1]
  3. 제 1항에 있어서, 상기 색소분자는 락톤기를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 산반응 분해성 작용기는 테르트-부틸옥시카르보닐, 테트라히드로피란 및 아세틸기로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 산반응 분해성 작용기의 함량은 고분자 총중량에 대하여 3 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 라디칼 중합반응에 참여할 수 있는 작용기는 메타크릴레이트기인 것을 특징으로 하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 감광성 고분자는 색소분자 전구체에 메틸메타크릴레이트, 광변색용 고분자 전구체로 구성된 군에서 선택되는 단량체의 중합반응으로 합성되는 공중합체 이상의 다원공중합체인 것을 특징으로 하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 광변색용 고분자 전구체는 하기 화학식 2의 스틸렌옥시기 또는 알킬메타크릴레이트기로 치환된 나프타센퀴논 전구체인 것을 특징으로 하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자.
    [화학식 2]
  9. 제 1항에 있어서, 상기 감광성 고분자의 수평균 분자량이 5,000 내지 200,000인 것을 특징으로 하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 고분자.
  10. 제 1항의 감광성 고분자를 포함하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 수지 조성물.
  11. 제 10항에 있어서, 감광성 고분자 100 중량부에 대하여 광산발생제 1 내지 5 중량부를 더 포함하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 수지 조성물.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 광산발생제는 무기계 또는 유기계인 것을 특징으로 하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 수지 조성물.
  13. 제 10항에 있어서, 전체 조성물 총중량에 대하여 10 중량% 이상의 락톤기를 포함하는 칼라이미지 및 센서용 감광성 수지 조성물.
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