TWI438569B - 正感光性聚合物組成物 - Google Patents

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Description

正感光性聚合物組成物
本發明是關於一種正感光性聚合物組成物,且特別是關於一種可應用在光阻領域的正感光性聚合物組成物。
圖案化透明薄膜已應用在顯示元件的諸多部分,例如:間隙物、絕緣膜以及保護膜等等,而許多關於這些應用的正感光性聚合物組成物已被提出(例如,請參照專利文件1~3)。
此外,已知一種正感光性聚合物組成物具有以4-羥苯乙烯(4-hydroxy styrene)作為單體的聚合物(例如,請參照專利文件4)。
一般而言,像是薄膜電晶體型液晶顯示元件以及固態影像感測元件等電子元件,會以絕緣薄膜隔開分佈在多層中的電子線路。作為一種形成絕緣薄膜的材料,正感光性聚合物組成物已被廣泛地應用,而藉由少數步驟,正感光性聚合物組成物可以形成具有所欲圖案的絕緣薄膜。正感光性聚合物組成物必須具有高敏感度,以縮短形成絕緣薄膜的步驟的生產時間。此外,在形成絕緣薄膜的步驟中,正感光性聚合物組成物必須具有寬廣的操作界限。再者,使用正感光性聚合物組成物的絕緣薄膜或顯示元件,在量產時絕對會需要經過後處理程序,像是因浸泡而與溶劑、酸性溶液、鹼性溶液、或其他液體接觸以及熱處理。
專利文件1:JP 51-34711 A
專利文件2:JP 56-122031 A
專利文件3:JP 5-165214 A
專利文件4:JP 52-41050 B
在上述情況中,需要可在鹼性水溶液中顯影而形成圖案化聚合物薄膜的正感光性聚合物組成物等物質,而此正感光性聚合物組成物等物質需要具有以下特徵:放射敏感度高、抗溶劑性質優異、抗水性佳、耐酸性佳、耐鹼性佳、耐熱性佳、透明度佳、低介電性、以及與基板的黏合性,亦即可使圖案形成在透明薄膜上(圖案化透明薄膜)。
類似地,也需要具有放射線敏感度高、抗溶劑性質優異、抗水性佳、耐酸性佳、耐鹼性佳、耐熱性佳、透明度佳、低介電性、以及與基板的黏合性的圖案化透明薄膜、絕緣薄膜、顯示元件等。
本發明的發明人已發現一種正感光性聚合物組成物,包括:共聚物(A),此共聚物(A)是由如下式(I)所表示的自由基可聚合單體(a1)與另外的自由基可聚合單體(a2)的聚合而得;以及1,2-重疊氮苯酮(1,2-quinone diazide)化合物(B)。然後,本發明的發明人根據於此發現而製作出本發明。本發明包括下列的項目:
(1)一種感光性聚合物組成物,包括:共聚物(A),共聚物(A)是由如下式(I)的自由基可聚合單體(a1)與另外的自由基可聚合單體(a2)所聚合而得;以及1,2-重疊氮苯醌化合物(B)。
在式(I)中,R1 代表氫或具有1到5個碳原子的烷基,而此具有1到5個碳原子的烷基中的氫可任意被氟所取代;R2 代表具有1到5個碳原子的伸烷基;R3 代表具有1到10個碳原子的烷基;以及n代表1到30的整數。
(2)根據第(1)項所述的感光性聚合物組成物,其中自由基可聚合單體(a1)包括由甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯[methoxy polyethylene glycol(meth)acrylate]、乙氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯[ethoxy polyethylene glycol(meth)acrylate]、甲氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯[methoxy polypropylene glycol(meth)acrylate]以及乙氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯[ethoxy polypropylene glycol(meth)acrylate]所組的族群選擇一種或一種以上。
(3)根據第(1)或(2)項所述的感光性聚合物組成物,其中自由基可聚合單體(a2)包括由具有不飽和羧酸(unsaturated carboxylic acid)的自由基可聚合單體、具有不飽和羧酐(unsaturated carboxylic anhydride)的自由基可聚合單體、具有酚性羥基(phenolic OH)的自由基可聚合單體、具有環氧基(epoxy)的自由基可聚合單體、具有下列式(Ⅲ)的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺(N-substituted maleimide)的自由基可聚合單體、以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基(dicyclopentanyl)的自由基可聚合單體所組的族群選擇一種或一種以上。
在式(Ⅲ)中,R12 代表氫或具有1到5個碳原子的烷基,此烷基中的氫可任意被氟所取代;R13 、R14 及R15 各代表羥基、具有1到5個碳原子的烷基、具有1到5個碳原子的烷氧基或-O-(Si(Cj H2j+1 )2O)p Si(Ck H2k+1 )3 ,其中j代表1到5的整數,k代表1到5的整數,p代表1到10的整數,以及m代表1到10的整數。
(4)根據第(3)項所述的感光性聚合物組成物,其中具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體為(甲基)丙烯酸[(meth)acrylic acid]。
(5)根據第(3)~(4)項所述的感光性聚合物組成物,其中具有不飽和羧酐的自由基可聚合單體為順丁烯二酸酐(maleic anhydride)。
(6)根據第(3)~(5)項中任一項所述的感光性聚合物組成物,其中具有酚性羥基的自由基可聚合單體為羥基苯乙烯(hydroxystyrene)、以下列式(Ⅱ)表示的化合物、或羥基苯乙烯與以下列式(Ⅱ)表示的化合物。
在式(Ⅱ)中,R4 、R5 及R6 各代表氫或具有1到3個碳原子的烷基,而此烷基的氫可任意被氟所取代;R7 、R8 、R9 、R10 及R11 各代表氫、鹵素、-CN、-CF3 、-OCF3 、-OH、具有1到5個碳原子的烷基、或是具有1到5個碳原子的烷氧基,具有1到5個碳原子的烷基中的-CH2 -可任意被-COO-、-OCO-或-CO-所取代、且氫可任意被鹵素所取代,而具有1到5個碳原子的烷氧基中的氫可任意被鹵素所取代;R7 到R11 之中,一個或一個以上代表-OH。
(7)如第(6)項所述的感光性聚合物組成物,其中式(Ⅱ)所表示的化合物為4-羥苯乙基烯酮(4-hydroxyphenyl vinyl ketone)。
(8)如第(3)~(7)項中任一項所述的感光性聚合物組成物,其中具有環氧基的自由基可聚合單體包括由(甲基)丙烯酸縮水甘油酯[glycidyl(meth)acrylate]、(甲基)丙烯酸甲基縮水甘油酯[methylglycidyl(meth)acrylate]、(甲基)丙烯酸3,4-環氧基環己基甲脂[3,4-epoxycyclohexylmethyl(meth)acrylate]、(3-甲基-3-氧雜環丁烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯[(3-methyl-3-oxetanyl)methyl(meth)acrylate]、(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯[(3-ethyl-3-oxetanyl)methyl(meth)acrylate]、(3-甲基-3-氧雜環丁烷基)乙基(甲基)丙烯酸酯[(3-methyl-3-oxetanyl)ethyl(meth)acrylate]以及(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)乙基(甲基)丙烯酸酯[(3-ethyl-3-oxetanyl)ethyl(meth)acrylate]所組的族群選擇一種或一種以上。
(9)如第(3)~(8)項所述的感光性聚合物組成物,其中具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體包括由N-甲基順丁烯二醯亞胺(N-methylmaleimide)、N-乙基順丁烯二醯亞胺(N-ethylmaleimide)、N-丁基順丁烯二醯亞胺(N-butylmaleimide)、N-環己基順丁烯二醯亞胺(N-cyclohexylmaleimide)、N-苯甲基順丁烯二醯亞胺(N-benzylmaleimide)、N-苯基順丁烯二醯亞胺(N-phenylmaleimide)、N-(4-乙醯基苯基)順丁烯二醯亞胺(N-(4-acetylphenyl)maleimide)、N-(2,6-二乙基苯基)順丁烯二醯亞胺[N-(2,6-diethylphenyl)maleimide]、N-(4-二甲基胺基-3,5-二硝基苯基)順丁烯二醯亞胺[N-(4-dimethylamino-3,5-dinitrophenyl)maleimide]、N-(1-苯胺基萘基-4)順丁烯二醯亞胺[N-(1-anilinonaphthyl-4)maleimide]、N-[4-(2-苯並噁唑基)苯基]順丁烯二醯亞胺{N-[4-(2-benzoxazolyl)phenyl]maleimide}以及N-(9-吖啶基)順丁烯二醯亞胺[N-(9-acridinyl)maleimide]所組的族群選擇一種或一種以上。
(10)如第(3)~(9)項所述的感光性聚合物組成物,其中具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體為三環[5.2.1.02,6]癸-8-基(甲基)丙烯酸酯(dicyclopentanyl(meth)acrylate)。
(11)如第(1)~(10)項所述的感光性聚合物組成物,其中1,2-重疊氮苯醌化合物(B)為4,4’-[1-4-[1-[4-羥苯基]-1-甲基乙基]苯基]亞乙基]雙酚{4,4’-[1-[4-[1-[4-hydroxyphehyl]-1-methylethyl]phenyl]ethy lidene]bisphenol}以及1,2-雙疊氮萘酚酮-5-磺酸氯化物[1,2-naphthoquinone diazide-5-sulfonic acid chloride]的縮合產物。
(12)如第(1)~(11)項所述的感光性聚合物組成物,更包括具有環氧基(epoxy)的化合物。
(13)如第(1)~(12)項所述的感光性聚合物組成物,更包括共聚物(C),共聚物(C)是由兩種或兩種以上的自由基可聚合單體(a2)經聚合而成。
(14)如第(13)項所述的感光性聚合物組成物,其中共聚物(C)的自由基可聚合單體(a2)包括第(3)~(10)項中任一項所述的自由基可聚合單體(a2)。
(15)如第(1)~(14)項所述的感光性聚合物組成物,更包括受阻酚抗氧化劑(hindered phenol antioxidant)。
(16)一種圖案化透明薄膜,其中圖案化透明薄膜形成的方法包括曝光程序、顯影程序以及烘烤程序。曝光程序是透過光罩對薄膜進行曝光,其中,光罩具有對應於所需圖案的開口,且薄膜為第(1)~(15)項的任一項所述的感光性聚合物組成物。
(17)一種圖案化透明薄膜,其中圖案化透明薄膜形成的方法包括:曝光程序、顯影程序、後曝光程序以及烘烤程序。曝光程序是透過光罩對薄膜進行曝光,其中,光罩具有對應於所需圖案的開口,且薄膜具有如第(1)~(15)項的任一項所述的感光性聚合物組成物。
(18)如第(16)~(17)項所述的圖案化透明薄膜,其中圖案化透明薄膜為絕緣薄膜。
(19).一種顯示元件,包括如第(16)~(18)項中任一項所述的圖案化透明薄膜。
在本發明的說明中,為表達丙烯酸(acrylic acid)、或甲基丙烯酸(methacrylic acid)、或丙烯酸與甲基丙烯酸,以下將一律表示為「(甲基)丙烯酸」("(meth)acrylic acid")。此外,丙烯酸酯(acrylate)、或甲基丙烯酸酯(methacrylate)、或丙烯酸酯與甲基丙烯酸酯會以同樣的方式表示,以下將一律表示為「(甲基)丙烯酸酯」("(meth)acrylate")。
在本發明的說明中,「烷基」(Alkyl)意指線性鏈(linear chain)烷基或支鏈(branched chain)烷基。因此,烷基例如包括:甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(propyl)、n-丁基(n-butyl)、t-丁基(t-butyl)、戊基(pentyl)與己基(hexyl)。
基於本發明,特別可提供具有高靈敏度的感光性聚合物組成物、由此感光性聚合物組成物所形成的透明薄膜、以及具有此透明薄膜的顯示元件。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附表格,作詳細說明如下。
<1.本發明的感光性聚合物組成物>
本發明的感光性聚合物組成物包括:共聚物(A),共聚物(A)是由如下式(I)所表示的自由基可聚合單體(a1)與另外的自由基可聚合單體(a2)的聚合而得;以及1,2-重疊氮苯醌化合物(B)。共聚物(A)的種類可為一種、二種或二種以上。此外,1,2-重疊氮苯醌化合物(B)的種類亦可為一種、二種或二種以上。
<1-1.共聚物(A)>
本發明的共聚物(A)是由如下列式(I)所表示的自由基可聚合單體(a1)與另外的自由基可聚合單體(a2)所聚合而得的聚合體。也就是說,共聚物(A)是由多種單體的混合物所聚合而成的共聚物,而此多種單體的混合物包括自由基可聚合單體(a1)。
在共聚物(A)中,由式(I)所表示的自由基可聚合單體(a1)的種類可以是一種、二種或二種以上。在共聚物(A)的所有單體中,自由基可聚合單體(a1)的含量較佳為重量百分比0.1到40wt%,此0.1到40wt%的含量範圍可提高應用此感光性聚合物組成物的薄膜在鹼性水溶液中介於未曝光部份與曝光部分的溶解度差異,也就是說,可以提升感光性聚合物組成物對於放射線的靈敏度;自由基可聚合單體(a1)的含量更佳為1到20wt%。
在共聚物(A)中,自由基可聚合單體(a2)的種類可以是一種、二種或二種以上。在共聚物(A)的所有單體中,自由基可聚合單體(a2)的含量較佳為60到99.9Wt%,以使本發明的感光性聚合物組成物得以發揮由自由基可聚合單體(a2)所提供的特性;自由基可聚合單體(a2)的含量更佳為80到99Wt%。
<1-1-1.由式(I)所表示的自由基可聚合單體(a1)>
下列式(I)代表自由基可聚合單體(a1)。
在式(I)中,R1 代表氫或具有1到5個碳原子的烷基,其中,烷基中的氫可任意被氟所取代;R2 獨自代表具有1到5個碳原子的伸烷基;R3 代表具有1到10個碳原子的烷基;以及n代表1到30的整數。
自由基可聚合單體(a1)(以下亦可以「單體(a1)」表示)的例子包括:甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯以及乙氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯。
較佳使用上述單體(a1)中的任一種的原因在於,上述單體(a1)之中的每一種都可以明顯地提高本發明在後面會提到的透明薄膜的曝光部份相較於未曝光部分在鹼性水溶液中的溶解度。也就是說,較佳使用上述任一種自由基可聚合單體(a1)的原因如下:當未曝光部分在顯影後的厚度幾乎維持不變時,可加大曝光部份中孔洞等圖案的尺寸,因此感光性聚合物組成物可以得到高放射線靈敏度。
<1-1-2.另一種自由基可聚合單體(a2)>
自由基可聚合單體(a2)僅是除了自由基可聚合單體(a1)外的一種自由基可聚合單體,而自由基可聚合單體(a2)的選擇可來自於以下考量:感光性聚合物組成物能夠依其應用而發揮所需特性。自由基可聚合單體(a2)(以下提及時亦可以「單體(a2)」表示)的例子包括:具有酸基(acidic group)的自由基可聚合單體、具有環氧基的自由基可聚合單體、含矽的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體、以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體。
<1-1-2-1.具有酸基的自由基可聚合單體(a2)>
具有酸基的自由基可聚合單體是一種構成共聚物(A)的單體,因此共聚物(A)可具有酸基。為了使感光性聚合物組成物充分發揮出顯影特性,在自由基可聚合單體(a2)的所有單體中,具有酸基的自由基可聚合單體含量較佳為5到80wt%。
具有酸基的自由基可聚合單體例如包括:具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體、具有不飽和羧酐的自由基可聚合單體以及具有酚性羥基(phenolic OH)的自由基可聚合單體。具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體的例子包括(甲基)丙烯酸。具有不飽和羧酐的自由基可聚合單體的例子包括順丁烯二酸酐。具有酚性羥基的自由基可聚合單體的例子包括羥基苯乙烯以及由下列式(Ⅱ)所表示的自由基可聚合單體。
在式(Ⅱ)中,R4 、R5 及R6 各代表氫或具有1到3個碳原子的烷基,其中,烷基中的氫可任意被氟所取代;R7 、R8 、R9 、R10 及R11 各代表氫、鹵素、-CN、-CF3 、OCF3 、-OH、具有1到5個碳原子的烷基、或是具有1到5個碳原子的烷氧基,具有1到5個碳原子的烷基中的-CH2 -可任意被-COO-,-OCO-,-CO-所取代、且氫可任意被鹵素所取代,而烷氧基中的氫可任意被鹵素所取代;R7 到R11 之中,至少有一個代表-OH。
以式(Ⅱ)所表示的自由基可聚合單體的例子包括4-羥苯乙基烯酮。
就達到良好的鹼性溶解度而言,在上述所舉實例中,每一種具有酸基的自由基可聚合單體皆適用於本發明。
在上述具體的例子中,甲基丙烯酸、羥基苯乙烯以及4-羥苯乙基烯酮是較佳的選擇。較佳使用甲基丙烯酸及羥基苯乙烯的原因在於它們易於取得。而較佳使用4-羥苯乙基烯酮的原因則在於它的高耐熱性與高透明度。此外,由於在顯影時,甲基丙烯酸可改善曝光部分在鹼性水溶液中的溶解度,亦即顯影性,因此甲基丙烯酸為更好的選擇。
<1-1-2-2.具有環氧基的自由基可聚合單體(a2)>
具有環氧基的自由基可聚合單體是一種具有環狀醚基(cyclic ether group)自由基可聚合單體。基於改善本發明透明薄膜耐熱性的考量,在自由基可聚合單體(a2)的所有單體中,具有環氧基的自由基可聚合單體含量較佳為10到80wt%。
具有環氧基的自由基可聚合單體的例子包括:(甲基)丙烯酸縮水甘油酯[glycidyl(meth)acrylate]、(甲基)丙烯酸甲基縮水甘油酯[methylglycidyl(meth)acrylate]、α-乙基丙烯酸縮水甘油酯(α-ethyl acrylate glycidyl ester)、(甲基)丙烯酸3,4-環氧基環己基甲酯[3,4-epoxycyclohexyl(meth)acrylate]、(3-甲基-3-氧雜環丁烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯、(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯、(3-甲基-3-氧雜環丁烷基)乙基(甲基)丙烯酸酯以及(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)乙基(甲基)丙烯酸酯。由於可使透明薄膜具有良好的耐熱性並可提升透明度,較佳可使用上述自由基可聚合單體中的任一種。
在上述實例中,具體的例子像是(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸甲基縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-環氧基環己基甲酯、以及(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯是易於取得的,並且所形成的圖案化透明薄膜在改善抗溶劑性、防水性、抗酸性、抗鹼性、耐熱性及透明度等方面為較佳的。
<1-1-2-3.含矽的自由基可聚合單體(a2)>
含矽的自由基可聚合單體是一種主鏈上的部分碳原子各自被矽所取代的單體,或較佳為主鏈尾端的碳原子被矽所取代的單體。為了抑制本發明的感光性聚合物組成物在高溫下的特性惡化,在自由基可聚合單體(a2)的所有單體中,含矽的自由基可聚合單體的含量較佳為10到80wt%。
含矽的自由基可聚合單體的例子包括由下列式(Ⅲ)所表示的自由基可聚合單體。
在式(Ⅲ)中,R12 代表氫或具有1到5個碳原子的烷基,此烷基中的氫可任意被氟所取代;R13 、R14 及R15 各代表羥基、具有1到5個碳原子的烷基、具有1到5個碳原子的烷氧基或-O-(Si(Cj H2j+1 )2O)p Si(Ck H2k+1 )3 ,其中j代表1到5的整數,k代表1到5的整數,p代表1到10的整數,以及m代表1到5的整數。
由於式(Ⅲ)所表示的自由基可聚合單體是較佳的選擇,因為其透明薄膜的透明度高,且在高溫烘烤下幾乎不會劣化。式(Ⅲ)所表示的自由基可聚合單體例如包括3-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷(3-methacryloxypropyltrimethoxysilane)以及甲基丙烯醯基氧基氧基丙基-三-三甲基矽氧基矽烷(methacryloyloxypropyl-tris-trimethylsiloxysilane)。
<1-1-2-4.具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體(a2)>
具有N置換型順丁烯二醯亞胺(N-substituted maleimide)的自由基可聚合單體是一種具有下列特性的化合物:在產生共聚物(A)時,順丁烯二醯亞胺的雙鍵可供作自由基共聚反應之用。為了讓透明薄膜能夠展現出被提升的耐熱性以及低介電性,在自由基可聚合單體(a2)的所有單體中,具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體的含量較佳為5到70wt%。
具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體的例子包括:N-甲基順丁烯二醯亞胺、N-乙基順丁烯二醯亞胺、N-丁基順丁烯二醯亞胺、N-環己基順丁烯二醯亞胺、N-苯甲基順丁烯二醯亞胺、N-苯基順丁烯二醯亞胺、N-(4-乙醯基苯基)順丁烯二醯亞胺、N-(2,6-二乙基苯基)順丁烯二醯亞胺、N-(4-二甲胺-3,5-二硝基苯基)順丁烯二醯亞胺、N-(1-苯胺基萘基-4-)順丁烯二醯亞胺、N-[4-(2-苯並噁唑基)苯基]順丁烯二醯亞胺以及N-(9-吖啶)順丁烯二醯亞胺[N-(9-acridinyl)maleimide]。
<1-1-2-5.具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體(a2)>
具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體是一種具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基以及自由基可聚合官能基的化合物。為了能夠顯示出透明薄膜被提升的耐熱性以及低介電性,在自由基可聚合單體(a2)的所有單體中,具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體的含量較佳為5到70wt%。
具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體例如包括三環[5.2.1.02,6]癸-8-基丙烯酸酯(dicyclopentanyl acrylate)以及三環[5.2.1.02,6]癸-8-基甲基丙烯酸酯(dicyclopentanyl methacrylate)。
<1-1-2-6.其他化合物>
除了上述的自由基可聚合單體外,共聚物(A)還可包含其他的自由基可聚合單體以作為其他的自由基可聚合單體(a2)。為了能發揮其他種類的自由基可聚合單體的特性而不減少本發明的效果,其他的自由基可聚合單體的含量較佳為1到50wt%。其他的自由基可聚合單體的例子包括:具有芳族基(aromatic group)與自由基可聚合官能基的化合物,例如苯乙烯(styrene);以及不飽和羧酸鹽,例如(甲基)丙烯酸甲酯。
共聚物(A)較佳的一個例子為具有自由基可聚合單體(a1)的共聚物,此自由基可聚合單體具有酚性羥基,且自由基可聚合單體具有環氧基以作為單體。自由基可聚合單體還可進一步包括含矽的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體以作為單體。
另一個較佳的共聚物(A)的例子為一種組成,此組成包括共聚物(A1)以及共聚物(A2)。共聚物(A1)包括自由基可聚合單體(a1)、具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體以作為單體。共聚物(A2)使用自由基可聚合單體(a1)、具有酚性羥基的自由基可聚合單體、具有環氧基的自由基可聚合單體以及含矽的自由基可聚合單體以作為單體。
共聚物(A)的再一個較佳例子為一種組成,此組成包括共聚物(A3)以及共聚物(A4)。共聚物(A3)具有自由基可聚合單體(a1)以及具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體、或具有酚性羥基的自由基可聚合單體、或具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體與具有酚性羥基的自由基可聚合單體兩者,以作為單體,共聚物(A3)可更包括含矽的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體以作為單體。共聚物(A4)包含自由基可聚合單體(a1)以及具有環氧基的自由基可聚合單體以作為單體,共聚物(A4)更可包括具有酚性羥基的自由基可聚合單體、含矽的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體以作為單體。
<1-2.重疊氮醌化合物(B)>
舉例來說,在1,2-重疊氮醌化合物(B)中,任何可應用在光阻領域中作為光敏劑的化合物皆可用於本發明。1,2-重疊氮醌化合物(B)的例子包括:酚化合物與1,2-重疊氮苯酮-4-磺酸(1,2-benzoquinone diazide-4-sulfonic acid)或1,2-重疊氮苯酮-5-磺酸等(1,2-benzoquinone diazide-5-sulfonic acid)所形成的酯類、酚化合物與1,2-重疊氮萘酚醌-4-磺酸(2-naphthoquinone diazide-4-sulfonic acid)或1,2-重疊氮萘酚醌-5-磺酸(1,2-naphthoquinone diazide-5-sulfonic acid)所形成的酯類、酚化合物的羥基被胺基(amino group)取代的化合物與1,2-重疊氮醌-4-磺酸或1,2-重疊氮酮-5-磺酸所形成的磺醯胺(sulfonamide)、以及酚化合物的羥基被胺基取代的化合物與1,2-重疊氮萘酚酮-4-磺酸或1,2-重疊氮萘酚醌-5-磺酸所形成的磺醯胺。這些化合物可被單獨使用、或是以兩種或兩種以上的組合使用。
酚化物的實例包括:
2,3,4-三羥基二苯基酮(2,3,4-trihydroxybenzophenone)、2,4,6-三羥基二苯基酮(2,4,6-trihydroxybenzophenone)、2,2’,4,4’-四羥基二苯基酮(2,2’,4,4’-tetrahydroxybenzophenone)、2,3,3’,4-四羥基二苯基酮(2,3,3’,4-tetrahydroxybenzophenone)、2,3,4,4’-四羥基二苯基酮(2,3,4,4’-tetrahydroxybenzophenone)、雙(2,4-二羥苯基)甲烷(bis(2,4-dihydroxyphenyl)methane)、雙(對羥苯基)甲烷[bis(p-hydroxyphenyl)methane]、三(對羥苯基)甲烷[tri(p-hydroxyphenyl)methane]、1,1,1-三(對羥苯基)乙烷[1,1,1-tri(p-hydroxyphenyl)ethane]、雙(2,3,4-三羥苯基)甲烷[bis(2,3,4-trihydroxyphenyl)methane]、2,2-雙(2,3,4-三羥苯基)丙烷[2,2-bis(2,3,4-trihydroxyphenyl)propane]、1,1,3-參(2,5-二甲基-4-羥苯基)-3-苯基丙烷[1,1,3-tris(2,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-3-phenylpropane]、4,4’-[1-[4-[1-[4-羥苯基]-1-甲基乙基]苯基]亞乙基]雙酚{4,4’-[1-[4-[1-[4-hydroxyphenyl]-1-methylethyl]phenyl]ethylidene]bisphenol}、雙(2,5-二甲基-4-羥苯基)-2-羥苯基甲烷[bis(2,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-2-hydroxyphenylmethane]、3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺旋二茚-5,6,7,5’,6’,7’-己醇[3,3,3’,3’-tetramethyl-1,1’-spirobiinden-5,6,7,5’,6’,7’-hexanol]、以及2,2,4-三甲基-7,2’,4’-三羥基黃烷[2,2,4-trimethyl-7,2’,4’-trihydroxyflavan]。
特別是,就提高本發明的正感光性聚合物組成物的透明度而言,較佳可使用下列組成作為1,2-重疊氮醌化合物(B):1,2-重疊氮萘酚醌-4-磺酸以及2,3,4-三羥基二苯基酮所形成的酯類、1,2-重疊氮萘酚醌-5-磺酸以及2,3,4-三羥基二苯基酮所形成的酯類、1,2-重疊氮萘酚醌-4-磺酸以及4,4’-[1-[4-[1-[4-羥苯基]-1-甲基乙基]苯基]亞乙基]雙酚所形成的酯類、以及1,2-重疊氮萘酚醌-5-磺酸以及4,4’-[1-[4-[1-[4-羥苯基]-1-甲基乙基]苯基]亞乙基]雙酚所形成的的酯類。這些化合物可以被單獨使用、或是以兩種或兩種以上的混合加以使用。
相對於含有共聚物(A)的聚合物組成的總合100重量份,本發明的正感光性聚合物組成物中的1,2-重疊氮醌化合物(B)為5到50重量份。
<1-3.額外成分>
為了給予額外的特性,除了上述的共聚物(A)以及1,2-重疊氮醌化合物(B)外,本發明的感光性聚合物組成更可包括其他成分。這些額外的成分例如包括共聚物(C),而共聚物(C)可以是非共聚物(A)的共聚物、溶劑、添加劑、多價的羧酸以及環氧基化合物。
<1-3-1.共聚物(C)>
共聚物(C)是由兩種或兩種以上的自由基可聚合單體(a2)所聚合而成的共聚物。共聚物(C)的種類數目可以為一或是二或是二以上。作為共聚物(C)單體的自由基可聚合單體(a2)能夠如下使用以提供共聚物(C):除了由式(I)所表示的自由基可聚合單體(a1)被移除外,自由基可聚合單體(a2)可依上述在共聚物(A)中所佔組成比例的範圍使用。較佳使用共聚物(C)的原因在於:自由基可聚合單體(a2)能夠展現出像是透明度特性、在高溫下透明度的劣化可被抑制、低介電性、溶劑抗性、高抗水性、高耐酸性、高耐酸性、高耐鹼性;以及能夠調整自由基可聚合單體(a2)所展現出特性的強度。
舉例來說,由於感光性聚合物組成物可以額外地發揮出大量來自於自由基可聚合單體的特性,因此自由基可聚合單體除了使用在共聚物(A)中的自由基可聚合單體(a2)外,自由基可聚合單體更可用在共聚物(C)中作為自由基可聚合單體(a2)。由於感光性聚合物組成物可發揮自由基可聚合單體的特性而得到額外很大的改變,每一種使用在共聚物(A)中的自由基可聚合單體(a2),亦可完全相同或以同一種類適用於共聚物(C)的自由基可聚合單體(a2)。
一個共聚物(A)與共聚物(C)較佳組合的例子如下述:共聚物(A)包括自由基可聚合單體(a1)、以及具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體以作為單體,且共聚物(A)更可包括具有酚性羥基的自由基可聚合單體、含矽的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體,以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體以作為單體;共聚物(C)包括具有環氧基的自由基可聚合單體以作為單體,且共聚物(C)更可包括具有酚性羥基的自由基可聚合單體、含矽的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體以作為單體。
此外,一個共聚物(A)與共聚物(C)較佳組成的例子如下述:共聚物(A)包括自由基可聚合單體(a1)、以及具有環氧基的自由基可聚合單體以作為單體,共聚物(A)更可包括具有酚性羥基的自由基可聚合單體、含矽的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體以作為單體;共聚物(C)包括具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體以作為單體,且共聚物(C)更可包括具有酚性羥基的自由基可聚合單體、含矽的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體以作為單體。
<1-3-2.溶劑>
溶劑較佳可溶解共聚物(A)及1,2-重疊氮醌化合物(B),此外,若感光性聚合物組成物含有共聚物(C),此溶劑較佳可溶解共聚物(C)。溶劑的種類可以是一種或兩種或兩種以上。
更進一步來說,溶劑較佳為沸點介於攝氏100度到300度的化合物。沸點介於攝氏100度到300度的溶劑,其具體的例子包括水、醋酸丁酯(butyl acetate)、丙酸丁酯(butyl propionate)、乳酸乙酯(ethyl lactate)、甲基氧醋酸酯(methyl oxyacetate)、乙基氧醋酸酯(ethyl oxyacetate)、丁基氧醋酸酯(butyl oxyacetate)、甲基甲氧基醋酸酯(methyl methoxyacetate)、乙基甲氧基醋酸酯(ethyl methoxyacetate)、丁基甲氧基醋酸酯(butyl methoxyacetate)、甲基乙氧基醋酸酯(methyl ethoxyacetatg)、乙基乙氧基醋酸酯(ethyl ethoxyacetate)、甲基3-氧丙酸酯(methyl 3-oxypropionate)、乙基3-氧丙酸酯(ethyl 3-oxypropionate)、甲基3-甲氧基丙酸酯(methyl 3-methoxypropiohate)、乙基3-甲氧基丙酸酯(ethyl 3-methoxypropionate)、甲基3-乙氧基丙酸酯(methyl 3-ethoxypropionate)、乙基3-乙氧基丙酸酯(ethyl 3-ethoxypropionate)、甲基2-氧丙酸酯(methyl 2-oxypropionate)、乙基2-氧丙酸酯(ethyl 2-oxypropionate)、丙基2-氧丙酸酯(propyl2-oxypropionate)、甲基2-甲氧基丙酸酯(methyl 2-methoxypropionate)、乙基2-甲氧基丙酸酯(ethyl 2-methoxypropionate)、丙基2-甲氧基丙酸酯(propyl 2-methoxypropionate)、甲基2-乙氧基丙酸酯(methyl 2-ethoxypropionate)、乙基2-乙氧基丙酸酯(ethyl 2-ethoxypropionate)、甲基2-氧基-2-甲基丙酸酯(methyl 2-oxy-2-methylpropionate)、乙基2-氧基-2-甲基丙酸酯(ethyl 2-oxy-2-methylpropionate)、甲基2-甲氧基-2-甲基丙酸酯(methyl 2-methoxy-2-methylpropionate)、乙基2-乙氧基-2-甲基丙酸酯(ethyl 2-ethoxy-2-methylpropionate)、甲基丙酮酸酯(methyl pyruvate)、乙基丙酮酸酯(ethyl pyruvate)、丙基丙酮酸酯(propyl pyruvate)、甲基乙醯乙酸酯(methyl acetoacetate)、乙基乙醯乙酸酯(ethyl acetoacetate)、甲基2-氧丁烷酯(methyl 2-oxobutanate)、乙基2-氧丁烷酯(ethyl 2-oxobutanate)、二氧陸圜(dioxane)、 乙二醇(ethyleneglycol)、二乙二醇(diethyleneglycol)、三乙二醇(triethyleneglycol)、丙二醇(propyleneglydol)、二丙二醇(dipropyleneglycol)、三丙二醇(tripropyleneglycol)、1,4-丁二醇(1,4-butanediol)、乙二醇單異丙基醚(ethyleneglycolmonoisopropyl ether)、乙二醇單丁基醚(ethyleneglycol monobutyl ether)、丙二醇單甲基醚(propy1eneglycol monomethyl ether)、丙二醇單甲基醚乙酸酯(propyleneglycol monomethyl ether acetate)、丙二醇單乙基醚乙酸酯(propyleneglycol monoethyl ether acetate)、丙二醇單丙基醚乙酸酯(propyleneglycol monompropyl ether acetate)、乙二醇單丁基醚乙酸酯(ethyleneglycol monobutyl ether acetate)、環己酮(cyclohexanone)、環戊酮(cyclopentanone)、二乙二醇單甲基醚(diethyleneglycol monomethyl ether)、二乙二醇單甲基醚乙酸酯(diethyleneglycol monomethyl ether acetate)、二乙二醇單乙基醚(diethyleneglycol monoethyl ether)、二乙二醇單乙基醚乙酸酯(diethyleneglycol monoethyl ether acetate)、二乙二醇單丁基醚(diethyleneglycol monobutyl ether)、二乙二醇單丁基醚乙酸酯(diethyleneglycol monobutyl ether acetate)、二乙二醇二甲基醚(diethyleneglycol dimethyl ether)、二乙二醇二乙基醚(diethyleneglycol diethyl ether)、二乙二醇甲基乙基醚(diethyleneglycol methylethyl ether)、甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)、γ-丁內酯(γ-butyrolactone)以及N,N-二甲基乙醯胺(N,N-dimethyl acetamide)。
此溶劑可為任何具有沸點介於攝氏100度到300度的溶劑,其中,沸點介於攝氏100度到300度的溶劑在混合溶劑中的重量百分比為20wt%或20wt%以上。而在此混合溶劑中,除了上述沸點介於攝氏100度到300度的溶劑之外,還可使用一種或兩種或兩種以上的已知溶劑。
為了提高感光性聚合物組成物的塗佈均勻度,此溶劑較佳為由丙二醇單甲基醚、丙二醇單甲基醚乙酸酯、丙二醇單乙基醚乙酸酯、甲基3-甲氧基丙酸酯、乙基3-乙氧基丙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇單丁基醚乙酸酯、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇甲基乙基醚、乳酸乙酯以及乙酸丁酯所組的族群選擇一種或一種以上。更進一步來說,就提高感光性聚合物組成物的塗佈均勻度以及人體安全的考量,此溶劑更佳為由丙二醇單甲基醚乙酸酯、甲基3-甲氧基丙酸酯、乙基3-乙氧基丙酸酯、二乙二醇甲基乙基醚、乳酸乙酯以及乙酸丁酯所組的族群選擇一種或一種以上。
此外,較佳將溶劑加入本發明的正感光性聚合物組成物中,以使作為固體成分的共聚物及光敏劑的總量為5到50wt%。
<1-3-3.添加劑>
為了提升本發明的感光性聚合物組成物的特性,像是分解度、塗佈均勻度、顯影效果、黏合性以及穩定度,可加入添加劑。
添加劑例如包括:丙烯酸(acryl)、苯乙烯(styrene)、聚伸乙基亞胺(polyethylene imine)或胺甲酸乙酯(urethane)為主的聚合分散劑(polymer dispersant);陰離子(anionic)、陽離子(cationic)、非離子系(nonionic)或氟(fluorine)為主的界面活性劑(surfactant);矽聚合物為主的延展性改良劑(spreadability improver);黏合性改良劑(adhesiveness improver),如矽烷偶合劑(silane-coupling agent);紫外線吸收劑(UV absorber),如烷氧基苯並基酮(alkoxybenzophenones);內聚性抑制劑(cohesion inhibitor),如聚丙烯酸鈉(sodium polyacrylate);熱交聯劑(thermal crosslinking agent),如環氧基(epoxy)化合物、三聚氫胺(melamine)化合物或二疊氮化物(bis-azide compound);鹼性溶解加速劑(alkali-solubility accelerator),如有機羧酸(organic carboxylic acid)及酚化合物;以及抗氧化劑(antioxidant),如受阻酚(hindered phenol)。
添加物具體的例子包括:Polyflow No. 45、Polyflow-KL-245 Polyflow、No. 75,Polyflow No. 90及Polyflow No. 95(皆為Kyoeisha Chemical Co.,Ltd.所生產之產品名稱);Disperbyk 161、Disperbyk 162、Disperbyk 163、Disperbyk 164、Disperbyk 166、Disperbyk 170、Disperbyk 180、Disperbyk 181、Disperbyk 182、BYK300、BYK306、BYK310、BYK320、BYK330、BYK344及BYK346(皆為BYK-Chemic Japan K.K.所生產之產品名稱);KP-341、KP-358、KP-368、KF-96-50CS及KF-50-100CS(皆為Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.所生產之產品名稱);Surflon SC-101及Surflon KH-40(皆為Seimi Chemical Co.,Ltd.所生產之產品名稱);Ftergent 222F、Ftergent 251及FTX-218(皆為Neos Co.,Ltd.所生產之產品名稱);EFTOP EF-351、EFTOP EF-352、EFTOP EF-601、EFTOP EF-801及EFTOP EF-802(皆為Mitsubishi Materials Corporation所生產之產品名稱);MEGAFACE F-171、MEGAFACE F-177、MEGAFACE F-475、MEGAFACE R-08及MEGAFACE R-30(皆為Dainippon Ink and Chemicals Incorporated所生產之產品名稱);氟烷基苯磺酸鹽(fluoroalkyl benzenesulfonate)、氟烷基羧酸鹽(fluoroalkyl carboxylate)、氟烷基聚氧亞乙基醚(fluoroalkyl polyoxyethylene ether)、氟烷基碘化銨(fluoroalkyl ammonium iodide)、氟烷基甜菜鹼(fluoroalkyl betaine)、氟烷基磺酸鹽(fluoroalkyl sulfonate)、二甘油四(氟烷基聚氧亞乙基醚)(diglycerin tetrakis(fluoroalkyl polyoxyethylene ether))、氟烷基三甲基銨鹽(fluoroalkyl trimethyl ammonium salt)、氟烷基胺基磺酸鹽(fluoroakyl aminosulfonate)、聚氧亞乙基壬基苯醚(polyoxyethylene nonylphenylether)、聚氧亞乙基辛基苯醚(polyoxyethylene octylphenylether)、聚氧亞乙基烷基醚(polyoxyethylene alkylether)、聚氧亞乙基十二醚(polyoxyethylene laurylether)、聚氧亞乙基油基醚(polyoxyethylene oleylether)、聚氧亞乙基十三醚(polyoxyethylene tridecylether)、聚氧亞乙基十六醚(polyoxyethylene cetylether)、聚氧亞乙基十八醚(polyoxyethylene stearylether)、聚氧亞乙基月桂酸酯(polyoxyethylene laurate)、聚氧亞乙基油酸酯(polyoxyethylene olerate)、聚氧亞乙基硬脂酸(polyoxyethylenestearate)、聚氧亞乙基十二胺(polyoxyethylene laurylamine)、山梨醇月桂酸酯(sorbitan laurate)、山梨醇軟棕櫚酸酯(sorbitan palmitate)、山梨醇硬脂酸酯(sorbitan stearate)、山梨醇油酸酯(sorbitah oleate)、山梨糖醇酐脂肪酸酯(sorbitan fatty ester)、聚氧亞乙基山梨醇月桂酸酯(polyoxyethylene sorbitan laurate)、聚氧亞乙基山梨醇軟棕櫚酸酯(polyoxyethylene sorbitan palmitate)、聚氧亞乙基山梨醇硬脂酸酯(polyoxyethylene sorbitan stearate)、聚氧亞乙基山梨醇油酸酯(polyoxyethylene sorbitan oleate)、聚氧亞乙基萘醚(polyoxyethylene naphtylether)、烷基苯磺酸鹽(alkylbenzene sulfonate salt)以及烷基二苯醚二磺酸鹽(alkyldiphenylether disulfonate)。較佳可自這些組成中選擇一種或一種以上來作為上述的添加劑。
在這些添加劑中,一種或一種以上的添加物是選自:含氟的界面活性劑,如氟烷基苯磺酸、氟烷基羧酸、氟烷基聚氧亞乙基醚、氟烷基碘化銨、氟烷基甜菜鹼、氟烷基磺酸酯、二甘油四(氟烷基聚氧亞乙基醚)、氟烷基三甲基銨鹽及氟烷基銨基磺酸酯;以及為了增進感光性聚合物組成物的塗佈均勻度而較佳可添加以矽聚合物為主的延展性改良劑,例如BYK306、BYK344、BYK346、KP-341、KP-358以及KP-368。
根據日本專利公開號3919147所述,一種已知的化合物已使用作為受抑阻酚系抗氧化劑,此化合物的說明如下:一種化合物,在此化合物的相對於酚性羥基的鄰位上具有第三丁基(t-butyl group)且更可具有例如為烷基的取代基(substituent);此化合物亦或是藉由二價有機基,在每個化合物分子的對位上,結合2到4個分子所形成的二聚物(dimer)、三聚物(trimer)或四聚物(tetramer)。可用來作為抗氧化劑的商用產品例如包括Irganox 1010(產品名稱,CibaJapan K.K.製),Irganox 1010主要是一種以下式所表示的化合物。為了抑制感光性聚合物組成物顏色的改變,例如可在感光性聚合物組成物中,相對於100重量份的共聚物組成加入總量為1到20重量份的受阻酚系抗氧化劑。
<1-3-4.多價羧酸>
較佳會使用多價羧酸作為添加成份的原因,是由於在存放本發明的感光性聚合物組成物時,多價羧酸(polyvalent carboxylic acid)可抑制1,2-重疊氮醌化合物(B)的分解,並可防止感光性聚合物組成物染色。此外,當本發明的感光性聚合物組成物具有環氧基時,多價羧酸的羧基在加熱時會與環氧基反應。因此,就額外增進透明薄膜的耐熱性與抗化學性而言,多價羧酸是較佳的添加組成。
聚羧酸的例子可包括:苯偏三酐(trimellitic anhydride)、酞酐(phthalic anhydride)以及4-甲基環己烷-1,2-二羧酸酐(4-methyl cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid anhydride)。而在這些聚羧酸中,苯偏三酐是較佳的選擇。
在本發明的感光性聚合物組成物中,相較於總量為100重量份的共聚物組成,聚羧酸(polyvalent carboxylic acid)的含量較佳為1到30重量份,或更佳為2到20重量份。
<1-3-5.環氧基化合物>
就提升透明薄膜的耐久度而言,可進一步在感光性聚合物組成物中加入環氧基化合物。環氧基化合物並不僅限於具有環氧基的化合物,並且環氧基化合物的種類可以是一種或兩種或兩種以上。為了提升透明薄膜的物性耐久度,較佳可加入含量為0.1到40重量份的環氧基化合物,或更佳為0.2到30重量份的環氧基化合物。
環氧基化合物的例子包括:一種化合物,此化合物具有自由基可聚合單體以作為單體,其中自由基可聚合單體具有環氧基,自由基可聚合單體例如為均聚物(homopolymer)、共聚物(copolymer)及寡聚物(oligomer);雙酚A型環氧樹脂(bisphenol A type epoxy resins);縮水甘油脂型環氧樹脂(glycidyl ester type epoxy resins);脂環族環氧樹脂(alicyclic epoxy resins);以及由下式(E1)到(E5)所表示的化合物。要注意的是,在式(E4)中,n表示0到10的整數。
此外,環氧樹脂具體的例子包括jER807、jER815、jER825及jER827(皆為Japan Epoxy Resin,Co.,Ltd.的產品名稱)。Araldite CY184(Ciba Japan K.K.的產品名稱)為由式(E1)所表示之例。CLLOXIDE 2021P(DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES,LTD.的產品名稱)為由式(F2)所表示之例。TECHMORE VG3101L(Mitsui Chemicals,Inc.的產品名稱)為由式(E3)所表示之例。jER828、jER190P、jER191P、jER1004及jER1256(皆為Japan Epoxy Resin,Co.,Ltd.的產品名稱)、Araldite CY177(Ciba Japan K.K.的產品名稱)為由式(E4)所表示之例。4,4’-亞甲雙(N,N-二縮水甘油基苯胺)[4,4’-methylenebis(N,N-diglycidyl aniline),SIGMA-ALDRICH Japan K.K.的產品名稱]則為由式(E5)所表示之例。
為了增進透明薄膜的透明度與光滑度,在上述的環氧樹脂中,較佳會使用的選擇為:如式(E4)所示(化合物的混合物,其中n代表0到4)的化合物jER828(Japan Epoxy Resin,Co., Ltd.的產品名稱)、如式(E1)所示的化合物Araldite CY184(Ciba Japan K.K.的產品名稱)、如式(E2)所示的化合物CLLOXIDE 2021P(DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.的產品名稱)、如式(E3)所示的化合物TECHMORE VG3101L(Mitsui Chemicals, Inc.的產品名稱)以及如式(E5)所示的化合物4,4’-亞甲雙(N,N-二縮水甘油基苯胺)(SIGMA-ALDRICH Japan K.K.的產品名稱)。
<1-4.各種共聚物(A)及共聚物(C)的聚合方法>
各種共聚物(A)及共聚物(C)的聚合方法,較佳是使用溶劑在溶液中產生自由基聚合反應,但不僅限於此。進行聚合反應的溫度,為聚合反應起始劑足以產生足夠數量自由基的溫度,但不僅限於此;進行聚合反應的溫度通常介於攝氏50度到150度之間。進行聚合反應的時間通常介於1到24小時之間,但亦不僅限於此。此外,聚合反應可在增壓、減壓或正常大氣壓下進行。
可使用在上述聚合反應中的溶劑,較佳可溶解自由基可聚合單體(a1)與自由基可聚合單體(a2)而產生共聚物(A)及共聚物(C)。溶劑具體的例子包括甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、1-丙醇(1-propanol)、2-丙醇(2-propanol)、丙酮(acetone)、2-丁酮(2-butanone)、乙酸乙酯(ethyl acetate)、乙酸丙酯(propyl acetate)、四氫呋喃(tetrahydrofuran)、乙腈(acetonitrile)、二氧陸圜(dioxane)、甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)、環乙酮(cyclohexanone)、乙二醇單乙基醚(ethyleneglycol monoethyl ether)、丙二醇單甲基醚(propyleneglycol monomethyl ether)、丙二醇單甲基醚醋酸酯(propyleneglycol monomethyl ether acetate)、二乙二醇二甲基醚(diethyleneglycol dimethyl ether)、二乙二醇甲基乙基醚(diethyleneglycol methylethyl ether)、甲基3-甲氧基丙酸酯(methyl 3-methoxypropionate)、乙基3-乙氧基丙酸酯(ethyl 3-ethoxypropionate)、N,N-二甲基甲醯胺(N,N-dimethylformamide)、醋酸(acetic acid)以及水。此溶劑可為上述組成的其中一種,或是兩種或兩種以上的混合。
可使用已知的聚合反應起始劑來合成共聚物(A)與共聚物(C)。聚合反應起始劑的例子包括因受熱而產生自由基的化合物、偶氮二異丁腈(azo-bis-isobutyronitrile)之類的偶氮起始劑(azo-based initiators)、以及過氧化苯甲醯(benzoyl peroxide)之類的過氧起始劑(peroxide-based initiators)。在自由基聚合反應中,為了調整所產生共聚物的分子量,可加入足量的鏈轉移劑(chain transfer agent),例如氫硫基乙酸(thioglycollic acid)。
共聚物(A)與共聚物(C)的重量平均分子量較佳為1,000到100,000,此重量平均分子量是使用凝膠滲透層析儀(Gel Permeation Chromatograph,GPC)分析,以聚環氧乙烯(polyethylene oxide)為基準而得。這是為了使曝光部分在鹼性顯影劑中溶解所需的顯影時間適當,且在顯影時,薄膜的表面幾乎不會變得粗糙不平。此外,重量平均分子量更佳是在1,000到50,000之間,這是因為要使曝光部分在鹼性顯影劑中溶解所需的顯影時間適當,而薄膜的表面在顯影時幾乎不會變得粗糙不平,並且此薄膜在顯影時所產生的殘餘物數量極少。再者,基於相同的原因,重量平均分子量更佳為1,500到20,000。
共聚物(A)與共聚物(C)的重量平均分子量,可使用分子量為1,000到510,000的聚環氰乙烯(例如:TSK標準式樣,Tosoh Corporation製造)作為聚環氧乙烯基準、Shodex KD-806 M(Showa Denko K.K.製造)作為管柱以及DMF(二甲基甲醯胺)作為移動相(mobile phase)來加以量測。
應注意的是,本發明的感光性聚合物組成物中,各種共聚物(A)與共聚物(C)的成分可以下述方式估計:例如,當各種共聚物(A)與共聚物(C)受熱分解時,各種共聚物的組成是透過GC-MS在熱分解所產生的氣體中所量測到的單體組成。
此外,本發明的感光性聚合物組成物較佳具有如下所述的特性:以旋轉塗佈(spin-coating)將組成中不具有1,2-重疊氮醌化合物的溶液形成塗膜(coating film),並將此溶液加熱至攝氏120度維持30分鐘,而此塗膜的厚度為0.01到100微米,將此塗膜浸泡於重量百分比例如為2.38wt%、溫度為攝氏25度的氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydfoxide)水溶液中5分鐘,接著再將此塗膜浸泡在純水中,此塗膜的組成會在鹼中溶解至不再有塗膜剩餘的程度。
<1-5.感光性聚合物組成物的存放>
本發明的感光性聚合物組成物適於存放在溫度範圍為攝氏-30度到25度之間,且受保護而免於光的照射,如此可使此組成的穩定度有利於長時間存放。本發明的感光性聚合物組成物更適於存放在攝氏-20度到10度之間,而在此攝氏-20度到10度的溫度範圍內存放則不會有沉澱物產生。
<1-6.效果>
感光性聚合物組成物需要具備有不同的特性以符合一般作為圖案化透明薄膜及絕緣薄膜的要求,例如:高溶劑抗性、高抗水性、高耐酸性、高耐鹼性、高耐熱性、高透明度、低介電性以及與底材的黏附性。
本發明的感光性聚合物組成物具有高放射線敏感度,且在溶劑抗性、抗水性、耐酸性、耐鹼性、耐熱性、透明度及低介電性上的表現都相當出色。由於感光性聚合物組成物具有高放射線敏感度,當以此感光性聚合物組成物進行生產時,能夠獲得曝光時間減少或顯影時間減少的效果。此外,當透明薄膜以此正感光性聚合物組成物所製造時,即使將此透明薄膜浸泡在溶劑、酸性溶液、鹼性溶液中或與其接觸,以及熱處理等後處理製造程序,聚合物薄膜的表面也幾乎不會有粗糙的表面產生。因此,透明薄膜的光穿透率可被提高,且使用此透明薄膜的顯示元件的顯示品質亦可被提升。
<2.本發明的圖案化透明薄膜>
本發明的圖案化透明薄膜,可透過以下步驟而得:提供具有上述感光性聚合物組成物的薄膜;經由光罩進行曝光程序,此光罩具有多個對應於設計圖案的開口;顯影以及烘烤。此外,對圖案化透明薄膜而言,為了增進圖案化透明薄膜的透明度,較佳會在顯影及烘烤之間進行後曝光。後曝光可被省略,其端視於是否需要增進圖案化透明薄膜的透明度。感光性聚合物組成物適於形成透明聚合物薄膜。所形成的圖案化透明薄膜,在圖案形成時顯示出相對較高的解析度,因此非常適合具有10微米以下小孔洞的圖案化透明薄膜的形成。圖案化透明薄膜較佳被使用來作為絕緣薄膜。在此,「絕緣薄膜」所指,例如是使配置在層與層之間、使線路絕緣的中間層絕緣薄膜(interlayer insulating film)。
可使用在光阻技術領域中形成聚合物薄膜的傳統方法來形成圖案化透明薄膜。舉例而言,可用下述的方法形成圖案化透明薄膜。
(1)形成應用膜
首先,利用已知傳統方式,將本發明的感光性聚合物組成物塗佈在由玻璃等材料所構成的基材上,已和傳統方式例如是旋轉塗佈法(spin-coating method)、滾軸塗佈法(roll-coating method)或狹縫塗佈法(slit-coating method),藉此得以形成應用膜。接著,透過加熱板或烤箱,對由感光性聚合物組成物所構成於基材上的應用膜進行乾燥。一般而言,應用膜會在攝氏60到150度之間進行1到10分鐘的乾燥程序。基材例如包括:透明玻璃基板,如白玻璃板、藍玻璃板、氧化矽塗佈藍玻璃板(silica-coated blue glass plate);合成高分子片材、薄膜或是其構成如聚碳酸酯(polycarbonate)、聚醚碸(polyether sulfone)、聚酯(polyester)、丙烯酸聚合物(acrylic polymer)、氯乙烯聚合物(vinyl chloride polymer)、芳族聚醯胺聚合物(aromatic polyamide polymer)、聚醯胺醯亞胺(polyamide imide)以及聚醯亞胺(polyimide)的基材;金屬基材,如鋁板、銅板、鎳板、以及不鏽鋼板;陶瓷板;以及具有光電轉換元件的半導體基板。上述基板可承受任何製造方法,例如像是使用矽烷偶合劑等化學處理、電漿處理、離子電鍍、濺鍍、化學氣相沈積以及真空沈積。
(2)曝光
例如以紫外線等放射線,通過具有所需圖案形狀的光罩以照射基板上被烘乾過的應用膜。放射線照射的條件可依據感光性聚合物組成物中的光敏劑(photosensitizing agent)種類而有所不同。例如,當光敏劑為1,2-重疊氮苯醌(1,2-quinone diazide)化合物(B)時,輻射線照射適於使用每平方公分5到700毫焦耳(5~700mJ/cm2 )的i-射線。位於紫外線照射區的1,2-重疊氮苯醌化合物(B)會轉變為羧酸茚(indene carboxylic acid),而形成會在顯影液中快速溶解的狀態。
(3)顯影
受放射線照射的薄膜,例如可使用鹼性溶液的顯影液來進行顯影。顯影可使薄膜上被照射的部份溶解在顯影液中。顯影的方法可以是浸泡式顯影(dip-development)、攪拌式顯影(paddle-development)或噴灑式顯影(paddle-development),但不僅限於此。顯影過的薄膜會在純水中充分地浸泡。
上述顯影液較佳為鹼性溶液。在鹼性溶液中,具體的鹼性物質例如包括:四甲基氫氧化銨(tetra-methyl ammonium hydroxide)、四乙基氫氧化銨(tetra-ethyl ammonium hydroxide)、2-羥乙基三甲基氫氧化銨(2-hydroxy ethyl trimethyl ammonium hydroxide)、碳酸鈉(sodium carbonate)、碳酸氫鈉(sodium hydrogen carbonate)、碳酸鉀(potassium carbonate)、碳酸氫鉀(potassium hydrogen carbonate)、氫氧化鈉(sodium hydroxide)及氫氧化鉀(potassium hydroxide)。此外,上述的鹼性水溶液皆適於作為顯影液。換言之,顯影液例如包括:有機鹼性溶液,如四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨及2-羥乙基三甲基氫氧化銨;以及無機鹼性水溶液,如碳酸鈉、氫氧化鈉與氫氧化鉀。
為了減少顯影時的殘餘物以及適當的圖案成形,可在顯影液中加入甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)或界面活性劑。舉例而言,界面活性劑可選自下列其中之一:陰離子、陽離子以及非離子界面活性劑。特別是,在上述所舉的例子中,較佳會加入非離子性聚氧亞乙基烷基醚(nonionic polyoxyethylene allyl ether)以提高解析度。
(4)後曝光
顯影後,可使用某些放射線在基板的整個薄膜表面上,針對其中有需要的地方再次進行照射。例如,當放射線為紫外線時,放射線照射的強度會以每平方公分100到1,000毫焦耳(mJ/cm2 )的方式進行。
(5)烘烤
在基板上已再次被放射線照射過的薄膜,會在攝氏180到250度之間進行烘烤10到120分鐘。
經上述方式可以得到具有所需圖案的透明薄膜(圖案化透明薄膜),而此透明薄膜可作為圖案化絕緣薄膜。在絕緣薄膜中所形成的孔洞,由孔洞上方觀看時,其形狀較佳可為正方形、矩形、圓形或橢圓形。此外,還可在絕緣薄膜上形成透明電極,此透明電極的圖案化可在後續的蝕刻中完成,然後,更可以配向製程(orientation-processing)形成薄膜。由於絕緣薄膜具有高抗濺鍍性,所以即便在形成透明電極後,絕緣薄膜上也不會產生皺摺,並且絕緣薄膜更因此而保有高透明度。
<3.本發明的顯示元件>
本發明的顯示元件包括上述本發明的圖案化透明薄膜。本發明的顯示元件,除了上述的圖案化透明薄膜是以感光性聚合物組成物為主的薄膜外,可以使用和已知顯示元件相同的製造方法製作而成。舉例而言,圖案化透明薄膜可用在液晶等顯示元件中。顯示元件在製造時,例如可將上述具有已圖案化透明薄膜或圖案化絕緣薄膜的元件基材,與彩色濾光基材相對排列並以壓力結合,接著進行熱處理並使基材結合在一起。接著,將液晶注入介於彼此相對的基材中的空間內,其後將注入液晶的孔隙密封而製作出顯示元件。
另一種製作顯示元件的方式為,可在將液晶散佈於元件基材後,將元件基材堆疊在一起,然後再將堆疊後的元件基材間的液晶密封,以防止液晶洩漏。顯示元件可依上述方式所製得。
因此,本發明的顯示元件具有絕佳透明度的絕緣薄膜可形成於液晶顯示裝置中,而此絕佳透明度的絕緣薄膜則是由感光性聚合物組成物所構成。此外,液晶顯示裝置所使用的液晶(例如:液晶化合物及液晶組成)可以是任何一種液晶化合物及液晶組成,但不限於此。
本發明的顯示元件展現出良好的顯示品質,這是由於此顯示元件具有光穿透度良好的圖案化透明薄膜,而此圖案化透明薄膜則是使用上述的感光性聚合物組成物所構成。
以下將以更多實例來說明本發明。然而本發明並不僅限於這些實例。
合成例與比較合成例所使用化合物的各種組成說明。
聚合反應溶劑:
甲基3-甲氧基丙酸酯(Methyl 3-methoxy propionate)單體(a1):
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(Methoxypolyethylehe glycol methacrylate);乙氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(Ethoxypolyethylene glycol methacrylate)
單體(a2):
4-羥苯基乙烯酮(4-hydroxyphenyl vinyl ketone)、
甲基丙烯酸縮水甘油酯(Glycidyl methacrylate)、
3-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷[(3-methacryloxypropyl trimethoxy silane)]、
(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)甲基丙烯酸酯[(3-ethyl-3-oxetanyl)methyl acrylate]、
甲基丙烯酸(Methacrylic acid)、
三環[5.2.1.02,6]癸-8-基(甲基)丙烯酸酯、
N-苯基順丁烯二醯亞胺(N-phenyl maleimide)、
苯乙烯(Styrene)、
N-環己基順丁烯二醯亞胺(N-cyclohexyl maleimide)、
甲基丙烯酸甲酯(Methyl methacrylate)
聚合反應起始劑:
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈)[2,2’-azobis(2,4-dimethyl valeronitrile)]
[合成例1]共聚物(A1)的合成
在具有攪拌裝置的四口燒瓶(four-necked flask)中,依下述重量加入:甲基3-甲氧基丙酸酯(methyl 3-methoxy propionate)作為聚合反應溶劑;甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(methoxypolyethylene glycol methacrylate)作為單體(a1);4-羥苯基乙烯酮(4-hydroxyphenyl vinyl ketone)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(glycidyl methacrylate)、3-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷(3-methacryloxypropyl trimethoxy silane)及(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)甲基丙烯酸酯作為單體(a2);2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈)[2,2’-azobis(2,4-dimethyl valeronitrile)]作為聚合反應起始劑。而聚合反應會在攝氏80度的聚合作用溫度下進行4小時。
甲基3-甲氧基丙烯酸酯 200.0克
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 10.0克
4-羥苯基乙烯酮 30.0克
甲基丙烯酸縮水甘油酯 35.0克
3-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷 15.0克
(3-乙基-3-乙氧基)甲基丙烯酸酯 10.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
將此反應溶液冷卻至室溫,藉此可得共聚物(A1)。
取部份溶液作為樣。品,以凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)此樣品而測得重量平均分子量。結果,重量平均分子量為5,500。
[合成例2]共聚物(A2)的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 10.0克
甲基丙烯酸 30.0克
三環[5.2.1.02,6]癸-8-基甲基丙烯酸酯 30.0克
N-苯基順丁烯二醯亞胺 30.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得共聚物(A2)。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為5,000。
[合成例3]共聚物(A3)的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 10.0克
4-羥苯基乙烯酮 20.0克
甲基丙烯酸縮水甘油酯 70.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得共聚物(A3)。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為5,700。
[合成例4]共聚物(A4)的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
乙氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 10.0克
4-羥苯基乙烯酮 30.0克
三環[5.2.1.02,6]癸-8-基(甲基)丙烯酸酯 30.0克
N-苯基順丁烯二醯亞胺 30.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得共聚物(A4)。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為5,100。
[合成例5]共聚物(A5)的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 20.0克
甲基丙烯酸 30.0克
3-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷 30.0克
N-苯基順丁烯二醯亞胺 20.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得共聚物(A)5。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品所測定,其值為4,700。
[合成例7]共聚物(C)1的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
4-羥苯基乙烯酮 10.0克
甲基丙烯酸縮水甘油酯 30.0克
3-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷 30.0克
苯乙烯 30.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得共聚物(C)1。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為6,900。
[合成例8]共聚物(C2)的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
甲基丙烯酸 30.0克
三環[5.2.1.02,6]癸-8-基甲基丙烯酸酯 40.0克
N-環己基順丁烯二醯亞胺 30.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得共聚物(C)2。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為7,600。
[合成例9]共聚物(A6)的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 10.0克
4-羥苯基乙烯酮 20.0克
甲基丙烯酸縮水甘油酯 60.0克
N-環己基順丁烯二醯亞胺 30.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得共聚物(A6)。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為7,300。
[合成例10]共聚物(A7)的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 10.0克
4-羥苯基乙烯酮 10.0克
甲基丙烯酸縮水甘油酯 50.0克
三環[5.2.1.02,6]癸-8-基甲基丙烯酸酯 15.0克
N-環己基順丁烯二醯亞胺 15.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得共聚物(A7)。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為8,000。
[比較合成例1]比較共聚物(D1)的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
4-羥苯基乙烯酮 10.0克
甲基丙烯酸 20.0克
甲基丙烯酸縮水甘油酯 40.0克
3-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷 20.0克
(3-乙基-3-乙氧基)甲基丙烯酸酯 10.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得比較共聚物(D1)。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為6,200。
[比較合成例2]比較共聚物(D2)的合成
以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。
甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克
4-羥苯基乙烯酮 20.0克
甲基丙烯酸縮水甘油酯 60.0克
N-環己基順丁烯二醯亞胺 20.0克
2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克
此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得比較共聚物(D2)。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為5,900。
[比較合成例3]比較共聚物(D3)的合成 以合成例1相同的方式,將下列成份各依其所對應的重量加入而進行聚合反應。 甲基3-甲氧基丙酸酯 200.0克 4-羥苯基乙烯酮 20.0克 甲基丙烯酸縮水甘油酯 65.0克 甲基丙烯酸甲酯 15.0克 2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈) 5.0克 此生成物以相同於合成例1的方式處理,藉此可得比較共聚物(D3)。此共聚物的重量平均分子量由凝膠滲透層析儀分析(聚環氧乙烯標準品)所測定,其值為6,800。 [實施例1][正感光性聚合物組成物的製造]
正感光性聚合物組成物可藉由混合與溶解以下物質而得:由合成例1所得的共聚物(A1);由4,4’-[1-[4-[1-[4-羥苯基]-1-甲基乙基]苯基]亞乙基]雙酚{4,4’-[1-[4-[1-[4-hydroxyphenyl]-1-methylethyl]phenyl]ethylidene]bisphenol}與1,2-重疊氮萘酚醌-5-氯磺酸酯(1,2-naphthoquinone diazide-5-chlorsulfonate)的縮合產物(平均酯化反應率為58%,以下以「PAD」表示);氟基的界面活性劑MEGAFACE R-08(Dai-Nippon Ink Chemicals製造,以下以“R-08”表示)作為添加劑;以及甲基3-甲氧基丙酸酯作為溶劑。上述混合物依下列重量進行混合。
甲基3-甲氧基丙酸酯 1.40克
30wt%的共聚物(A1)溶液 10.00克
PAD 0.60克
R-08 0.006克
[評估正感光性聚合物組成物的方法] (1) 圖案化透明薄膜的形成
由實施例1所合成的正感光性聚合物組成物,經每分鐘轉數(rpm)為500到800的旋轉塗佈10秒鐘形成於玻璃基板上,然後在加熱板上以攝氏100度進行烘乾2分鐘。經由光罩,以100微米的間距對基板進行曝光以在大氣下形成孔洞圖案,其中,所使用的儀器為Proximity Exposure System TME-150 PRC(Topcon Co.,Ltd.製造),而所使用的放射線則為波長截止濾波器(wavelength cut filter)所濾出波長小於350奈米的截止射線(cutting rays g,h,and i)。曝光的總量可由累積露光計(totalizing actinometer)UIT-102與光度計(photometer)UVD-365 PD(Ushio Inc.製造)量測而得,其值為每平方公分50到150毫焦耳(mJ/cm2 )。在曝光後,將玻璃基板浸泡在0.4wt%、溫度為攝氏25度的氫氧化四甲銨(tetramethyl ammonium hydroxide)水溶液中60秒以進行顯影,因此可由被曝光部分移除聚合物組成物。基板在顯影後以純水清洗60秒,然後在加熱板上以攝氏100度進行烘乾2分鐘。基板的整個表面在曝光系統中,在不使用任何光罩的情況下,以每平方公分300毫焦耳的光照量進行曝光,然後在烘箱中,以攝氏230度進行後烘烤30分鐘,藉此形成膜厚為3微米的圖案化透明薄膜。膜厚是以探針式厚度測試器(probe-type thickness tester)α-Step200(KLA-Tencor Japan Co.,Ltd.製造)在三個不同位置所量測的平均厚度。
(2) 顯影後的殘餘膜比例
膜厚會在顯影前及顯影後量測,而在顯影後的殘餘膜比例可由以下公式計算而得。
(顯影後的膜厚/顯影前的膜厚)×100(%)
(3) 輻射敏感度
以光學顯微鏡在倍率為400倍下觀察由上述第(1)項所得的圖案化透明薄膜的基材,而曝光的總量則會以尺寸為10微米的光罩孔洞圖案所形成尺寸為10微米的孔洞圖案加以鑑定。
(4) 解析度
以光學顯微鏡在倍率為400倍下觀察由上述第(1)項所述、經後烘烤的圖案化透明薄膜基材,以確定在玻璃受到曝光處的孔洞圖案底部的遮罩尺寸。
(5) 透明度
使用TC-1800(Tokyo Denshoku CO. Ltd.製造),以波長為400奈米的光線,相較於沒有形成透明薄膜的玻璃基板,量測由上述第(1)項所述、經後烘烤所得圖案化透明薄膜基材的光穿透率。
(6) 溶劑抗性
將上述第(1)項所得的圖案化透明薄膜,浸泡在攝氏100度的N-甲基-2-吡啶烷酮(N-methyl-2-pyrolidone)中5分鐘,並量測其膜厚的改變。在浸泡前及浸泡後量測膜厚,且膜厚的改變率可由下列方程式計算而得:
[浸泡後的膜厚/浸泡前的膜厚]×100(%)
當膜厚的改變率介於-2到2%時,其代表溶劑抗性佳。而當膜厚的改變率由於膨脹而超過2%,或是因溶解而小於-2%時,其代表溶劑抗性不足。
(7)耐酸性
將上述第(1)項所得的圖案化透明薄膜,浸泡在攝氏50度的鹽酸/硝酸/水=4/2/4(重量比)中3分鐘,並量測其膜厚的改變。在浸泡前及浸泡後量測膜厚,且膜厚的改變率可由下列方程式計算而得:
[浸泡後的膜厚/浸泡前的膜厚]×100(%)
當膜厚的改變率介於-2到2%時,其代表耐酸性佳。而當膜厚的改變率由於膨脹而超過2%,或是因溶解而小於-2%時,其代表耐酸性不足。
(8)耐鹼性
將上述第(1)項所得的圖案化透明薄膜,浸泡在攝氏60度的5%氫氧化鉀水溶液中10分鐘,並量測其膜厚的改變。在浸泡前及浸泡後量測膜厚,且膜厚的改變率可由下列方程式計算而得:
[浸泡後的膜厚/浸泡前的膜厚]×100(%)
當膜厚的改變率介於-2到2%時,其代表耐鹼性佳。而當膜厚的改變率由於膨脹而超過2%,或是因溶解而小於-2%時,其代表耐鹼性不足。
(9)耐熱性
將上述第(1)項所得的圖案化透明薄膜置於烘箱中,以攝氏230度進一步烘烤1小時,在加熱前及加熱後,以類似於第(5)項所述的方法量測其光穿透率。在後烘烤(post-baking)後(在額外烘烤前)所得的光穿透率為T1,而在此額外烘烤後的光穿透率為T2。當後烘烤後的光穿透率T1,相對於額外烘烤後的光穿透率T2,其光穿透率的減少量低時,代表耐熱性較佳。此外,在加熱後及加熱前會量測膜厚。接著,膜厚的改變率可由下列方程式計算而得:
[額外烘烤後的膜厚/後烘烤後的膜厚]×100(%)
(10)黏合性
對上述第(1)項所得的圖案化透明薄膜進行橫切剝離試驗(crosscut peeling test)以作為黏合性的評估。此評估的結果,可由100格(1平方厘米)的帶剝離(tape-peeling)後所留下的格子(grid)數加以表示。
(11)抗濺鍍性
在上述第(1)項所得的圖案化透明薄膜的基板上,以攝氏200度的濺鍍的方式形成厚度為150奈米的銦錫氧化層(ITO)透明電極。然後,讓溫度回到室溫,以目視觀測是否有皺褶產生。若薄膜表面沒有產生皺褶,代表抗濺鍍性佳(G)。另一方面,若薄膜表面產生皺褶,則代表抗濺鍍性不佳(NG)。
(12)相對介電常數 可在透明薄膜的上方或是下方形成電極,而生成物的相對介電常數可使用由Agilent Technologies所製造的LCR meter(4284A)加以量測。此量測是在1千赫茲下進行。 關於實施例1所得的圖案化透明薄膜,由上述評估方法所得的結果示於表1。
[實施例2]
以相同於實施例1的方法製備正感光性聚合物組成物,其差異在於,實施例2所使用的混合物,是由合成例2所得的共聚物(A2)與合成例7所得的共聚物(C1),以1:1的重量比混合而成,以取代實施例1所使用的共聚物(A1)。接著,此組成以相同於實施例1的方法進行評估。此評估結果示於表1。
[實施例3]
以相同於實施例1的方法製備正感光性聚合物組成物,其差異在於,實施例3所使用的混合物,是由合成例3所得的共聚物(A3)、與合成8例所得的共聚物(C2),以1:1的重量比混合而成,以取代實施例1所使用的共聚物(A1)。接著,此組成以相同於實施例1的方法進行評估。此評估結果示於表1。
[實施例4]
以相同於實施例1的方法製備正感光性聚合物組成物,其差異在於,實施例4所使用的混合物,是由合成例4所得的共聚物(A4)、與合成例9所得的共聚物(A6),以1:1的重量比混合而成,以取代實施例1所使用的共聚物(A1)。接著,此組成以相同於實施例1的方法進行評估。此評估結果示於表1。
[實施例5]
以相同於實施例1的方法製備正感光性聚合物組成物,其差異在於,實施例5所使用的混合物,是由合成例5所得的共聚物(A5)、與合成例10所得的共聚物(A7),以1:1的重量比混合而成,以取代實施例1所使用的共聚物(A1)。接著,此組成以相同於實施例1的方法進行評估。此評估結果示於表1。
[比較實施例1]
以相同於實施例1的方法製備正感光性聚合物組成物,其差異在於,比較實施例1使用由比較合成例1所得的比較共聚物(D1),以取代實施例1所使用的共聚物(A1)。接著,此組成以相同於實施例1的方法進行評估。此評估結果示於表2。
[比較實施例2]
以相同於實施例1的方法製備正感光性聚合物組成物,其差異在於,比較實施例2所使用的混合物,是由比較合成例2所得的比較共聚物(D2)與合成例8所得的比較共聚物(C2),以1:1的重量比混合而成,以取代實施例1所使用的共聚物(A1)。接著,此組成以相同於實施例1的方法進行評估。此評估結果示於表2。
[比較實施例3]
以相同於實施例1的方法製備正感光性聚合物組成物,其差異在於,比較實施例3所使用的混合物,是由比較合成例3所得的比較共聚物(D3)與合成例7所得的共聚物(C1),以1:1的重量比混合而成,以取代實施例1所使用的共聚物(A1)。接著,此組成以相同於實施例1的方法進行評估。表2顯示此評估結果。
比較實施例1到3顯示出,實施例1到5中的每一種正感光性聚合物組成物均具有優異的輻射敏感度。此外,比較實施例2及比較實施例3顯示出,實施例1到5中的每一種正感光性聚合物組成物均具有良好的光穿透率,且對於在加熱時光穿透率的下降均可發揮良好的抑制效果。再者,比較實施例1到3顯示出,實施例1到5中的每一種正感光性聚合物組成物均具有絕佳的抗濺鍍性。
本發明的正感光性聚合物組成物,例如可用在液晶顯示裝置中。
雖然本發明已以特定實施例揭露如上,本領域之通常知識者當可輕易做出多種變化與修改。因此,上述實施例僅為說明而非用以限定本發明。在不脫離本發明的精神和範圍內,亦可有不同的實施方式。

Claims (18)

  1. 一種感光性聚合物組成物,包括:共聚物(A),此共聚物(A)是由如下式(I)的自由基可聚合單體(a1)與另外的自由基可聚合單體(a2)所聚合而得;以及1,2-重疊氮苯醌化合物(B),其中前述另外的自由基可聚合單體(a2)至少包括羥基苯乙烯、或以下列式(Ⅱ)表示的化合物、或羥基苯乙烯與以下列式(Ⅱ)表示的化合物; 其中,R1 代表氫或具有1到5個碳原子的烷基,而此烷基中的氫可任意被氟所取代;R2 代表具有1到5個碳原子的伸烷基;R3 代表具有1到10個碳原子的烷基;以及n代表1到30的整數, 其中,R4 、R5 及R6 各代表氫或具有1到3個碳原子的烷基,而此烷基中的氫可任意被氟所取代;R7 、R8 、R9 、R10 及R11 各代表氫、鹵素、-CN、-CF3 、-OCF3 、-OH、具 有1到5個碳原子的烷基、或是具有1到5個碳原子的烷氧基,具有1到5個碳原子的烷基中的-CH2 -可任意被-COO-、-OCO-或-CO-所取代、且氫可任意被鹵素所取代,而具有1到5個碳原子的烷氧基中的氫可任意被鹵素所取代;R7 到R11 之中,一個或一個以上代表-OH。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的感光性聚合物組成物,其中前述自由基可聚合單體(a1)包括由甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯以及乙氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯所組的族群選擇一種或一種以上。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的感光性聚合物組成物,其中前述自由基可聚合單體(a2)包括由具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體、具有不飽和羧酐的自由基可聚合單體、具有酚性羥基的自由基可聚合單體、具有環氧基的自由基可聚合單體、具有下列式(Ⅲ)的自由基可聚合單體、具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體以及具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體所組的族群選擇一種或一種以上, 其中,R12 代表氫或具有1到5個碳原子的烷基,此烷基中的氫可任意被氟所取代;R13 、R14 及R15 各代表羥 基、具有1到5個碳原子的烷基、具有1到5個碳原子的烷氧基或-O-(Si(Cj H2j+1 )2 O)p Si(Ck H2k+1 )3 ,其中j代表1到5的整數,k代表1到5的整數,p代表1到10的整數,以及m代表1到10的整數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的感光性聚合物組成物,其中前述具有不飽和羧酸的自由基可聚合單體為(甲基)丙烯酸。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的感光性聚合物組成物,其中前述具有不飽和羧酐的自由基可聚合單體為順丁烯二酸酐。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的感光性聚合物組成物,其中前述式(Ⅱ)所表示的化合物為4-羥苯乙基烯酮。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的感光性聚合物組成物,其中前述具有環氧基的自由基可聚合單體包括由(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸甲基縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-環氧基環己基甲脂、(3-甲基-3-氧雜環丁烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯、(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯、(3-甲基-3-氧雜環丁烷基)乙基(甲基)丙烯酸酯以及(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)乙基(甲基)丙烯酸酯所組的族群選擇一種或一種以上。
  8. 如申請專利範圍第3項所述的感光性聚合物組成物,其中具有N置換型順丁烯二醯亞胺的自由基可聚合單體包括由N-甲基順丁烯二醯亞胺、N-乙基順丁烯二醯亞 胺、N-丁基順丁烯二醯亞胺、N-環己基順丁烯二醯亞胺、N-苯甲基順丁烯二醯亞胺、N-苯基順丁烯二醯亞胺、N-(4-乙醯基苯基)順丁烯二醯亞胺、N-(2,6-二乙基苯基)順丁烯二醯亞胺、N-(4-二甲基胺基-3,5-二硝基苯基)順丁烯二醯亞胺、N-(1-苯胺基萘基-4)順丁烯二醯亞胺、N-[4-(2-苯並噁唑基)苯基]順丁烯二醯亞胺以及N-(9-吖啶基)順丁烯二醯亞胺所組的族群選擇一種或一種以上。
  9. 如申請專利範圍第3項所述的感光性聚合物組成物,其中前述具有三環[5.2.1.02,6]癸-8-基的自由基可聚合單體為三環[5.2.1.02,6]癸-8-基(甲基)丙烯酸酯。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的感光性聚合物組成物,其中前述1,2-重疊氮苯醌化合物(B)為4,4’-[1-[4-[1-[4-羥苯基]-1-甲基乙基]苯基]亞乙基]雙酚以及1,2-雙疊氮萘酚醌-5-磺酸氯化物的縮合產物。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的感光性聚合物組成物,更包括具有環氧基的化合物。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的感光性聚合物組成物,更包括共聚物(C),前述共聚物(C)是由兩種或兩種以上的前述自由基可聚合單體(a2)經聚合而成。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的感光性聚合物組成物,其中前述共聚物(C)的自由基可聚合單體(a2)包括申請專利範圍第3~10項的任一項所述的自由基可聚合單體(a2)。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的感光性聚合物組成 物,更包括受阻酚抗氧化劑。
  15. 一種圖案化透明薄膜,其中該圖案化透明薄膜形成的方法包括:曝光程序,該曝光程序是透過光罩對薄膜進行曝光,其中光罩具有對應於所需圖案的開口,且前述薄膜具有如申請專利範圍第1~14項中任一項所述的感光性聚合物組成物;顯影程序;以及烘烤程序。
  16. 一種圖案化透明薄膜,其中該圖案化透明薄膜形成的方法包括:曝光程序,該曝光程序是透過光罩對薄膜進行曝光,其中光罩具有對應於所需圖案的開口,且前述薄膜具有如申請專利範圍第1~14項中任一項所述的感光性聚合物組成物;顯影程序;後曝光程序;以及烘烤程序。
  17. 如申請專利範圍第15項或第16項所述的圖案化透明薄膜,其中前述圖案化透明薄膜為絕緣薄膜。
  18. 一種顯示元件,包括如申請專利範圍第15~17項中任一項所述的圖案化透明薄膜。
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