TW201738658A - 負型光敏性樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種負型光敏性樹脂組成物，包括鹼可溶性樹脂、光可聚合單體、光聚合引發劑、添加劑以及溶劑，其中該添加劑包括具有胺基官能基之矽烷偶合劑、及酚醛清漆環氧樹脂和苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂之至少一種。根據本發明之光敏性樹脂組成物具有優異黏著性質、化學抗性和儲存穩定性，且可在低溫下固化。
Description
本發明係關於一種負型光敏性樹脂組成物。更特定而言，本發明係關於一種能夠在低溫下固化且具有優異黏著性質和化學抗性的負型光敏性樹脂組成物、使用該負型光敏性樹脂組成物形成的光固化圖案、以及包括該光固化圖案的影像顯示裝置。
於顯示器領域中，光敏性樹脂組成物(photosensitive resin composition)係用以形成各種光固化圖案(photo-cured patterns)，例如光阻劑、絕緣膜、保護膜、黑色矩陣、管柱隔片(column spacer)。具體而言，該光敏性樹脂組成物藉由光蝕刻(photolithography)製程來選擇性地曝光及顯影以形成所欲的光固化圖案。為了改善製程產率和改善對象物的物理性質以能應用在此製程，需要一種具有高敏感性的光敏性樹脂組成物。
使用該光敏性樹脂組成物的圖案形成係藉由光蝕刻來執行，此即藉由光反應引起聚合物的極性變化和交聯反應。特別是，利用曝光後在例如鹼性水溶液之溶劑的溶解性之變化等的特性。
使用該光敏性樹脂組成物的圖案形成係根據在經曝光區域之顯影的溶解性而分成正型及負型。在正型光阻劑中，經曝光的區域會被顯影溶液溶解。在負型光阻劑中，經曝光的區域不溶於顯影溶液，但未曝光的區域會被溶解以形成圖案。正型與負型在使用的黏著劑樹脂、交聯劑等方面彼此互不同。
近年來，配備觸控面板的觸控螢幕之使用爆炸性地增加。最近，撓性觸控螢幕受到很大關注。因此，用於觸控螢幕之基板的各種類型的材料必須具有撓性的特性。因而使可用的材料被限制於撓性的聚合物材料，且製造製程亦被要求在更溫和的條件下執行。
因此，有關光敏性樹脂組成物的固化條件，需要低溫固化而不是常規的高溫固化，且需要即使在溫和條件下與基板的優異黏著力以及用於後續製程中的化學處理的較佳化學抗性等特性。
韓國發明專利第10-1302508號揭露一種負型光敏性樹脂組成物，其包括使用丙烯酸環己烯酯系(cyclohexenyl acrylate-based)單體所聚合的共聚物，因而呈現優異耐熱性及耐光性並改善敏感性，但其在低溫固化條件下沒有表現出所要求的耐久性。
本發明之一目的在於提供一種能夠在低溫下固化且具有優異黏著性質和化學抗性的負型光敏性樹脂組成物。
本發明之另一目的在於提供一種使用負型光敏性樹脂組成物形成的光固化圖案。
本發明之再一目的在於提供一種包括光固化圖案的影像顯示裝置。
根據本發明的一個態樣，提供一種負型光敏性樹脂組成物，包括鹼可溶性樹脂、光可聚合單體、光聚合引發劑(photopolymerization initiator)、添加劑以及溶劑，其中該添加劑包括具有胺基官能基之矽烷偶合劑、及酚醛清漆環氧(novolac epoxy)樹脂和苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷(phenol novolac oxetane)樹脂之至少一種。
在本發明的一個實施例中，具有胺基官能基之矽烷偶合劑可包括以下化學式I之化合物：
式中，R1至R4各自獨立為具有1個至6個碳原子之烷基；且n為0至3之整數。
在本發明的一個實施例中，酚醛清漆環氧樹脂可包括選自由以下所組成之群組之至少一種：聚[(鄰甲苯酚基環氧丙基醚)-共-甲醛](poly[(o-cresyl glycidyl ether)-co-formaldehyde])、聚[(苯基環氧丙基醚)-共-甲醛](poly[(phenyl glycidyl ether)-co-formaldehyde])、環氧丙基封端聚(雙酚A-共-表氯醇)(poly(bisphenol A-co-epichlorohydrin)glycidyl end-capped)、甲醛與(氯甲
基)環氧乙烷與4,4-(1-甲基亞乙基)雙(苯酚)之聚合物(formaldehyde,polymer with(chloromethyl)oxirane and 4,4-(1-methylethylidene)bis(phenol))。
根據本發明之另一態樣，提供一種使用負型光敏性樹脂組成物形成的光固化圖案。
根據本發明之再一態樣，提供一種包括光固化圖案的影像顯示裝置。
根據本發明之負型光敏性樹脂組成物可在低溫下固化，在金屬基板上形成塗膜時具有優異黏著性質，且在顯影後對化學處理具有優異化學抗性和儲存穩定性。
後文，將更詳細的描述本發明。
本發明的一個實施例係關於一種負型光敏性樹脂組成物，包括鹼可溶性樹脂、光可聚合單體、光聚合引發劑、添加劑以及溶劑，其中該添加劑包括具有胺基官能基之矽烷偶合劑、及酚醛清漆環氧樹脂和苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂之至少一種。
在本發明的一個實施例中，具有胺基官能基之矽烷偶合劑可包括以下化學式I之化合物：
式中，R1至R4各自獨立為具有1個至6個碳原子之烷基；且n為0至3之整數。
如本文所用，具有1個至6個碳原子之烷基是指具有1個至6個碳原子的直鏈或分支鏈的一價烴，且其實例包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、正戊基、正己基等，但不限於此。
在上述化學式I中，n可以是3。
特別是，在上述化學式I中，R1可以是乙基，R3可以是異丁基，R4可以是甲基，且n可以是3。
具有胺基官能基之矽烷偶合劑與環氧樹脂和氧雜環丁烷樹脂的反應性優異，可以改善顯影步驟中的黏著性質。
基於該光敏性樹脂組成物的總重量，該具有胺基官能基之矽烷偶合劑的量可包括在0.1重量%至5重量%。如果該矽烷偶合劑的含量小於0.1重量%，則塗膜對顯影溶液的黏著性質可能會降低。如果矽烷偶合劑的含量超過5重量%，則塗覆均勻性可能會降低。
在本發明的一個實施例中，當酚醛清漆環氧樹脂和苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂與具有環氧基或氧雜環丁烷基的鹼可溶性樹脂一起使用時，可顯著改善所製備的圖案對化學液體(例如蝕刻劑或剝離劑)的化學抗性。
這是因為酚醛清漆環氧樹脂和苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂具有環氧基或氧雜環丁烷基，因此在圖案形成過程
期間藉由熱處理開環以促進鹼可溶性樹脂的聚合反應性且包括具有優異化學抗性的酚醛清漆結構。
在本發明的一個實施例中，較佳是酚醛清漆環氧樹脂中的環氧基包含在寡聚物(oligomer)的重複單元中。在這種情況下，酚醛清漆環氧樹脂具有較大數量的環氧基，從而使反應促進效果最大化。
對於酚醛清漆環氧樹脂，例如，可使用聚[(鄰甲苯酚基環氧丙基醚)-共-甲醛]；聚[(苯基環氧丙基醚)-共-甲醛]；環氧丙基封端聚(雙酚A-共-表氯醇)；甲醛與(氯甲基)環氧乙烷與4,4-(1-甲基亞乙基)雙(苯酚)之聚合物等。彼等當中，較佳為甲醛與(氯甲基)環氧乙烷與4,4-(1-甲基亞乙基)雙(苯酚)之聚合物；及在重複單元中具有環氧基的聚[(鄰甲苯酚基環氧丙基醚)-共-甲醛]。它們可單獨使用或組合兩種或更多種使用。
在本發明的一個實施例中，酚醛清漆環氧樹脂可包括以下化學式II之化合物：
式中，n為3至10之整數。
酚醛清漆環氧樹脂的分子量沒有特別限定，且數量平均分子量(number average molecular weight)可以是，例如，200至5000，較佳500至3000。當數量平均分子量在上述範圍內時，可獲得優異化學抗性改善效果而不會損害組成
物的儲存穩定性。
在本發明的一個實施例中，苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂可包括以下化學式III之化合物：
式中，n為3至10之整數，例如n為3。
苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂的分子量沒有特別限定，且例如，數量平均分子量可以是500至2000，特別是700至1500。當數量平均分子量在上述範圍內時，可獲得優異化學抗性改善效果而不會損害組成物的儲存穩定性。
酚醛清漆環氧樹脂和苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂中的至少一種的含量沒有特別限制，基於光敏性樹脂組成物的總重量，可以是例如0.5重量%至5重量%，較佳1重量%至3重量%。如果含量小於0.5重量%，則化學抗性改善效果可能不顯著。此外，如果含量超過5重量%，則可能發生圖案的殘留和偏斜。
在本發明的一個實施例中，鹼可溶性樹脂是在形成圖案時在顯影過程中使用的鹼性顯影溶液中提供溶解性的成分，且該鹼可溶性樹脂可包含環氧基或氧雜環丁烷基。
鹼可溶性樹脂並沒有特別限制，只要該鹼可溶性樹脂具有環氧基或氧雜環丁烷基，就可以與酚醛清漆環氧樹脂或苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂反應，同時在鹼性顯影溶
液中提供溶解性。
對於具體實例，該鹼可溶性樹脂可包括含有由以下化學式IV表示之重複單元的第一樹脂、及含有由以下化學式V表示之重複單元的第二樹脂：
式中，R1、R2、R3和R4各自為氫基或甲基；R5為衍生自單體的結構，該單體選自由以下式(1)至式(4)所組成之群組：
R6為衍生自單體的結構，該單體選自由以下所組成之群組：(甲基)丙烯酸、六氫鄰苯二甲酸2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯(2-(meth)acryloyloxyethylhexahydro phthalate)、鄰苯二甲酸2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯(2-(meth)acryloyloxyethyl phthalate)和琥珀酸2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯(2-(meth)acryloyloxyethyl succinate)；
R7為衍生自由以下式(5)表示之單體的結構：
R17為氫基或甲基；R8為在其端部具有雙鍵之取代基，藉由使選自由以下式(6)至式(14)所組成之群組的環氧化合物與衍生自(甲基)丙烯酸單體的結構反應所獲得的：
a為5莫耳%至30莫耳%，b為10莫耳%至20莫耳%、c為30莫耳%至60莫耳%，且d為10莫耳%至30莫耳%；
式中，R9、R10和R11各自獨立為氫基或甲基；R12為衍生自單體的結構，該單體選自由以下所組成之群組：(甲基)丙烯酸、六氫鄰苯二甲酸2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯、鄰苯二甲酸2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯和琥珀酸2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯；R13為衍生自由以下式(15)至式(17)所組成之群組之單體的結構：
R14為衍生自由以下式(18)表示之單體的結構：
R15為具有1個至6個碳原子之亞烷基，R16為具有1個至6個碳原子之烷基；e為10莫耳%至30莫耳%，f為30莫耳%至60莫耳%，及g為20莫耳%至50莫耳%。
如本文所用，具有1個至6個碳原子之亞烷基是指具有1個至6個碳原子的直鏈或分支鏈的二價烴，且其實例包括亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基等，但不限於此。
在本說明書中，術語“(甲基)丙烯酸-”是指“甲基丙烯酸-”、“丙烯酸-”或兩者。
在本說明書中，由化學式IV和化學式V表示的各個重複單元不應被解釋為限於所示的重複單元，且括號中的子重複單元在預定的莫耳%範圍內可自由地排列在鏈中的任何位置。換言之，雖然化學式IV和化學式V中的各個括號由用於表示莫耳%的一個嵌段表示，但是各個子重複單元可以嵌段或單獨的方式排列而無限制，只要它們在樹脂內即可。
在本說明書中，由化學式表示的重複單元或化合物包括重複單元或化合物的異構物(isomer)，當存在由各個化學式表示的重複單元或化合物的異構物時，由對應式表示的重複單元或化合物包括它們的異構物。
第一樹脂可改善耐久性，例如光敏性樹脂組成物的圖案形成性和化學抗性，且在此態樣，該第一樹脂的重量平
均分子量較佳為10000至30000。
第二樹脂可改善光敏性樹脂組成物的低溫反應性、儲存穩定性和化學抗性，且在此態樣，該第二樹脂的重量平均分子量較佳為5000至20000。
第一樹脂與第二樹脂的混合重量比可為10：90至50：50，特別是15：85至35：75。如果第二樹脂的含量低於第一樹脂的含量，則低溫固化性可能降低，且儲存穩定性可能劣化。如果第二樹脂的含量高於第一樹脂的含量9倍，則耐久性例如化學抗性可能降低。
在本發明的一個實施例中，除了化學式IV和化學式V的重複單元之外，第一樹脂和第二樹脂可各自獨立地進一步包含由本技術領域中已知的其它單體形成的重複單元，或者它們可僅由化學式IV和化學式V的重複單元形成。
形成重複單元的單體可進一步添加到化學式IV或化學式V中而沒有特別限制，且其實例包括單羧酸；二羧酸及其酸酐；在兩端具有羧基和羥基的聚合物的單(甲基)丙烯酸酯；芳香族乙烯基化合物；N-取代的馬來醯亞胺系化合物；(甲基)丙烯酸烷基酯；脂環族(甲基)丙烯酸酯；芳基(甲基)丙烯酸酯；不飽和氧雜環丁烷化合物；不飽和環氧乙烷化合物；(甲基)丙烯酸酯，其經環烷烴或具有4至16個碳原子的二環烷烴環取代；等等。這些可以單獨使用或組合兩種或更多種使用。
在本發明的一個實施例中，鹼可溶性樹脂的酸值較佳在20至200(KOH mg/g)的範圍。當酸值在上述範圍內時，
可獲得優異的顯影性和隨時間推移的穩定性。
鹼可溶性樹脂的含量沒有特別限定，例如，基於100重量%的光敏性樹脂組成物的總固體含量，可以是10重量%至90重量%，較佳25重量%至70重量%。當鹼可溶性樹脂的含量包含在上述範圍內時，光敏性樹脂組成物在顯影溶液中具有足夠的溶解性，因而呈現優異顯影性，且可形成具有優異機械性質的光固化圖案。
在本發明的一個實施例中，光可聚合單體可在製造過程期間增加交聯密度並增強光固化圖案的機械性質。
光可聚合單體可被使用而沒有特別限定，只要是本技術領域中通常使用的即可，且其實例包括單官能單體、雙官能單體和其它多官能單體。光可聚合單體的類型沒有特別限定，且其實例可包括以下化合物。
單官能單體的具體實例可包括壬基苯基卡必醇(carbitol)丙烯酸酯、2-羥基-3-苯氧基丙基丙烯酸酯、2-乙基己基卡必醇丙烯酸酯、2-羥乙基丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯啶酮(pyrrolidone)等。雙官能單體的具體實例可包括1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三甘醇二(甲基)丙烯酸酯、雙酚A的雙(丙烯醯氧基乙基)醚、3-甲基戊二醇二(甲基)丙烯酸酯等。其它多官能單體的具體實例可包括三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(trimethylolpropane tri(meth)acrylate)、乙氧基化三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(ethoxylated trimethylolpropane tri(meth)acrylate)、丙氧基化三羥甲基丙
烷三(甲基)丙烯酸酯(propoxylated trimethylolpropane tri(meth)acrylate)、新戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯等。彼等當中，較佳使用雙官能或以上的多官能單體。
光可聚合單體的含量沒有特別限定，且例如，基於光敏性樹脂組成物的總重量，可以是3重量%至20重量%，較佳5重量%至15重量%。當光可聚合單體包含在上述含量範圍內時，可獲得優異的耐久性，並可改善組成物的顯影性。
在本發明的一個實施例中，光聚合引發劑可被使用而沒有特別限制，只要它可使光可聚合單體聚合即可。例如，可使用選自由苯乙酮系(acetophenone-based)化合物、二苯甲酮系(benzophenone-based)化合物、三嗪系(triazine-based)化合物、聯咪唑系(biimidazole-based)化合物、噻噸酮系(thioxanthone-based)化合物和肟酯系(oxime ester-based)化合物組成的群組中的至少一種化合物，且較佳可使用肟酯系化合物。
苯乙酮系化合物的具體實例可包括二乙氧基苯乙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、芐基二甲基縮酮、2-羥基-1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-甲基丙-1-酮、1-羥基環己基苯基酮、2-甲基-1-(4-甲基硫代苯基)-2-嗎啉基丙-1-酮(2-methyl-1-(4-methylthiophenyl)-2-morpholinopropan-1-on
e)、2-芐基-2-二甲基胺基-1-(4-嗎啉基苯基)丁-1-酮(2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)butan-1-one)、2-羥基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙-1-酮、2-(4-甲基芐基)-2-(二甲基胺基)-1-(4-嗎啉基苯基)丁-1-酮等。
二苯甲酮系化合物的具體實例可包括二苯甲酮、鄰苯甲醯基苯甲酸甲酯、4-苯基二苯甲酮、4-苯甲醯基-4'-甲基二苯基硫醚(4-benzoyl-4'-methyldiphenylsulfide)、3,3',4,4'-四(第三丁基過氧羰基)二苯甲酮(3,3',4,4'-tetra(tert-butylperoxycarbonyl)benzophenone)、2,4,6-三甲基二苯甲酮等。
三嗪系化合物的具體實例可包括2,4-雙(三氯甲基)-6-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-(4-甲氧基萘基)-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-胡椒基-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-(4-甲氧基苯乙烯基)-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-[2-(5-甲基呋喃-2-基)乙烯基]-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-[2-(呋喃-2-基)乙烯基]-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-[2-(4-二乙基胺基-2-甲基苯基)乙烯基]-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-[2-(3,4-二甲氧基苯基)乙烯基]-1,3,5-三嗪等。
聯咪唑系化合物的具體實例可包括2,2'-雙(2-氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基聯咪唑、2,2'-雙(2,3-二氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基聯咪唑、2,2'-雙(2-氯苯基)-4,4',5,5'-四(烷氧基苯基)聯咪唑、2,2'-雙(2-氯苯基)-4,4',5,5'-四(三烷
氧基苯基)聯咪唑、2,2-雙(2,6-二氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基-1,2'-聯咪唑、其中在4,4',5,5'位置處的苯基經一個或多個烷氧羰基(carboalkoxy group)取代的咪唑等。
噻噸酮系化合物的具體實例可包括2-異丙基噻噸酮、2,4-二乙基噻噸酮、2,4-二氯噻噸酮、1-氯-4-丙氧基噻噸酮等。肟酯系化合物的具體實例可包括鄰乙氧基羰基-α-氧亞胺基-1-苯基丙-1-酮、1,2-辛烷二酮、1-(4-苯硫基)苯基、2-(鄰苯甲醯肟)、乙酮、1-(9-乙基)-6-(2-甲基苯甲醯基)咔唑-3-基、1-(鄰乙醯肟)等，且市售可得的產品包括CGI-124(購自CIBA-GEIGY)、CGI-224(購自CIBA-GEIGY)、Irgacure OXE-01(購自BASF)、Irgacure OXE-02(購自BASF)、N-1919(購自ADEKA)、NCI-831(購自ADEKA)等。
此外，為了改善根據本發明之負型光敏性樹脂組成物的敏感性，光聚合引發劑可進一步包含光引發佐劑。根據本發明之光敏性樹脂組成物可含有光引發佐劑，從而具有更高的敏感性以改善生產率。
對於光引發佐劑，例如，可使用選自由胺化合物、羧酸化合物和具有硫醇基的有機硫化合物所組成之群組之至少一種化合物。
胺化合物的具體實例可包括脂肪族胺諸如三乙醇胺、甲基二乙醇胺和三異丙醇胺；以及芳香族胺諸如4-二甲基胺基苯甲酸甲酯、4-二甲基胺基苯甲酸乙酯、4-二甲基胺基苯甲酸異戊酯、4-二甲基胺基苯甲酸2-乙基己酯、苯甲
酸2-甲基胺基乙基酯、N,N-二甲基對甲苯胺、4,4'-雙(二甲基胺基)二苯甲酮(通常稱為米氏酮(Michler’s ketone))和4,4'-雙(二乙基胺基)二苯甲酮。較佳為芳香族胺。
羧酸化合物較佳為芳香族異乙酸，且其實例可包括苯硫基乙酸(phenylthioacetic acid)、甲基苯硫基乙酸、乙基苯硫基乙酸、甲基乙基苯硫基乙酸、二甲基苯硫基乙酸、甲氧基苯硫基乙酸、二甲氧基苯硫基乙酸、氯苯硫基乙酸、二氯苯硫基乙酸、N-苯基甘胺酸、苯氧乙酸、萘硫基乙酸(naphthylthioacetic acid)、N-萘基甘胺酸、萘氧基乙酸等。
具有硫醇基的有機硫化合物的具體實例可包括2-巰基苯并噻唑(2-mercaptobenzothiazole)、1,4-雙(3-巰基丁醯氧基)丁烷、1,3,5-三(3-巰基丁氧基乙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯)(trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate))、新戊四醇四(3-巰基丙酸酯)、新戊四醇四(3-巰基丙酸酯)、二新戊四醇六(3-巰基丙酸酯)、四甘醇雙(3-巰基丙酸酯)(tetraethylene glycol bis(3-mercaptopropionate))等。
光聚合引發劑的含量沒有特別限定，例如，基於光敏性樹脂組成物的總重量，其量可包含在0.1重量%至10重量%，較佳0.1重量%至5重量%。當光聚合引發劑的量滿足上述範圍時，光敏性樹脂組成物可具有高敏感性以縮短曝光時間，從而改善生產率並維持高解析度。
在本發明的一個實施例中，沒有特別限制溶劑，且可沒有限制地使用，只要其通常用於本技術領域即可。
溶劑的具體實例可包括乙二醇單烷基醚諸如乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚和乙二醇單丁基醚；二乙二醇二烷基醚諸如二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇乙基甲基醚、二乙二醇二丙基醚和二乙二醇二丁基醚；乙二醇烷基醚乙酸酯諸如甲基賽路蘇乙酸酯(methyl cellosolve acetate)、乙基賽路蘇乙酸酯、乙二醇單丁基醚乙酸酯和乙二醇單乙基醚乙酸酯；烷二醇烷基醚乙酸酯諸如丙二醇單甲基醚乙酸酯、丙二醇單乙基醚乙酸酯、丙二醇單丙基醚乙酸酯、甲氧基丁基乙酸酯和甲氧基戊基乙酸酯；丙二醇單烷基醚諸如丙二醇單甲基醚、丙二醇單乙基醚、丙二醇單丙基醚和丙二醇單丁基醚；丙二醇二烷基醚諸如丙二醇二甲基醚、丙二醇二乙基醚、丙二醇乙基甲基醚、丙二醇二丙基醚、丙二醇丙基甲基醚和丙二醇乙基丙基醚；丙二醇烷基醚丙酸酯諸如丙二醇甲基醚丙酸酯、丙二醇乙基醚丙酸酯、丙二醇丙基醚丙酸酯和丙二醇丁基醚丙酸酯；丁二醇單烷基醚諸如甲氧基丁醇、乙氧基丁醇、丙氧基丁醇和丁氧基丁醇；丁二醇單烷基醚乙酸酯諸如甲氧基丁基乙酸酯、乙氧基丁基乙酸酯、丙氧基丁基乙酸酯和丁氧基丁基乙酸酯；
丁二醇單烷基醚丙酸酯諸如甲氧基丁基丙酸酯、乙氧基丁基丙酸酯、丙氧基丁基丙酸酯和丁氧基丁基丙酸酯；二丙二醇二烷基醚諸如二丙二醇二甲基醚、二丙二醇二乙基醚和二丙二醇甲基乙基醚；芳香族烴諸如苯、甲苯、二甲苯和均三甲苯；酮類諸如甲基乙基酮、丙酮、甲基戊基酮、甲基異丁基酮和環己酮；醇類諸如乙醇、丙醇、丁醇、己醇、環己醇、乙二醇和甘油；酯類諸如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、2-羥基丙酸乙酯、2-羥基-2-甲基丙酸甲酯、2-羥基-2-甲基丙酸乙酯、羥基乙酸甲酯、羥基乙酸乙酯、羥基乙酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丙酯、乳酸丁酯、3-羥基丙酸甲酯、3-羥基丙酸乙酯、3-羥基丙酸丙酯、3-羥基丙酸丁酯、2-羥基-3-甲基丁酸甲酯、甲氧基乙酸甲酯、甲氧基乙酸乙酯、甲氧基乙酸丙酯、甲氧基乙酸丁酯、乙氧基乙酸甲酯、乙氧基乙酸乙酯、乙氧基乙酸丙酯、乙氧基乙酸丁酯、丙氧基乙酸甲酯、丙氧基乙酸乙酯、丙氧基乙酸丙酯、丙氧基乙酸丁酯、丁氧基乙酸甲酯、丁氧基乙酸乙酯、丁氧基乙酸丙酯、丁氧基乙酸丁酯、2-甲氧基丙酸甲酯、2-甲氧基丙酸乙酯、2-甲氧基丙酸丙酯、2-甲氧基丙酸丁酯、2-乙氧基丙酸甲酯、2-乙氧基丙酸乙酯、2-乙氧基丙酸丙酯、2-乙氧基丙酸丁酯、2-丁氧基丙酸甲酯、2-丁氧基丙酸乙酯、2-丁氧基丙酸丙酯、2-丁氧基丙酸丁酯、3-甲氧
基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸丙酯、3-乙氧基丙酸丁酯、3-丙氧基丙酸甲酯、3-丙氧基丙酸乙酯、3-丙氧基丙酸丙酯、3-丙氧基丙酸丁酯、3-丁氧基丙酸甲酯、3-丁氧基丙酸乙酯、3-丁氧基丙酸丙酯和3-丁氧基丙酸丁酯；環狀醚類諸如四氫呋喃和吡喃；環狀酯類諸如γ-丁內酯等。
本文所例示的溶劑可單獨使用或組合兩種或更多種使用。
當考慮塗覆性質和乾燥性質時，本文使用的溶劑較佳可以是烷二醇烷基醚乙酸酯、酮類、丁二醇烷基醚乙酸酯、丁二醇單烷基醚、酯類諸如3-乙氧基丙酸乙酯和3-甲氧基丙酸甲酯。更佳地，可使用丙二醇單甲基醚乙酸酯、丙二醇單乙基醚乙酸酯、環己酮、甲氧基丁基乙酸酯、甲氧基丁醇、3-乙氧基丙酸乙酯和3-甲氧基丙酸甲酯。
基於光敏性樹脂組成物的總重量，溶劑的量可包含在40重量%至95重量%，較佳45重量%至85重量%。如果溶劑的量滿足上述範圍，則當經塗布裝置諸如旋塗機、狹縫式旋塗機、狹縫式塗布機(有時稱為模塗機(die coater)或簾式塗布機(curtain flow coater))塗布和噴墨時，可提供改善塗布性質的效果。
根據本發明的一個實施例的光敏性樹脂組成物，如果需要，可進一步包括添加劑例如填料、其它聚合物化合物、
固化劑、整平劑、黏著促進劑、抗氧化劑、紫外線(UV)吸收劑、凝聚防止劑(coagulation preventing agent)和鏈轉移劑，但不限於此。
填料的具體實例可包括玻璃、二氧化矽和氧化鋁，但不限於此。
其它聚合物化合物的具體實例可包括可固化樹脂諸如環氧樹脂和馬來醯亞胺(maleimide)樹脂、以及熱塑性樹脂諸如聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙二醇單烷基醚、聚氟烷基丙烯酸酯、聚酯和聚氨酯(polyurethane)，但不限於此。
固化劑用於增強深度固化性質和機械強度。固化劑的具體實例可包括環氧化合物、多官能異氰酸酯化合物、三聚氰胺化合物和氧雜環丁烷化合物，但不限於此。
關於整平劑，可使用市售可得的表面活性劑，且其實例可包括矽酮型、氟型、酯型、陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性型的表面活性劑，這些表面活性劑可單獨使用或組合兩種或更多種使用。
關於黏著促進劑，可使用矽烷系化合物，且其具體實例可包括乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基矽烷(3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane)、2-(3,4-環氧環
己基)乙基三甲氧基矽烷、3-氯丙基甲基二甲氧基矽烷、3-氯丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-異氰酸酯丙基三甲氧基矽烷、3-異氰酸酯丙基三乙氧基矽烷等。以上例示的黏著促進劑可單獨使用或組合兩種或更多種使用。
抗氧化劑的具體實例可包括4,4'-亞丁基雙[6-第三丁基-3-甲基苯酚]、2,2'-硫代雙(4-甲基-6-第三丁基苯酚)、2,6-二-第三丁基-4-甲基苯酚等。
紫外線吸收劑的具體實例可包括2-(3-第三丁基-2-羥基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和烷氧基二苯甲酮等。
凝聚防止劑的具體實例可包括聚丙烯酸鈉等。
鏈轉移劑的具體實例可包括十二烷基硫醇、2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯等。
本發明的一個實施例關於一種使用上述負型光敏性樹脂組成物形成的光固化圖案。該光固化圖案可以用作陣列平坦化膜圖案、保護膜圖案、絕緣膜圖案等，且可用作光阻劑圖案、黑色矩陣圖案、管柱隔片圖案、黑色管柱隔片圖案等，但不限於此。特別地，光固化圖案非常適合於絕緣膜圖案。
根據本發明的一個實施例的光固化圖案可藉由將上述光敏性樹脂組成物塗布在基板上，然後暴露至光並顯影而製備。
首先，將本發明的光敏性樹脂組成物塗布在基板上，然後加熱和乾燥來移除如溶劑之揮發性成分，以獲得光滑
的塗膜。
塗布方法可包括例如旋塗法、澆鑄法(casting method)、輥塗法、狹縫式旋塗法、狹縫塗布法等。
塗佈之後，將膜加熱和乾燥(預烘)，或在減壓下乾燥，然後加熱以移除揮發性組分諸如溶劑。此處，加熱溫度為70℃至150℃，其是相當低的溫度。加熱和乾燥後的塗膜的厚度通常為約1μm至8μm。
由此獲得的塗膜透過用於形成所需圖案的光罩以紫外線照射。此時，為了均勻地照射整個經曝光區域並且使光罩與基板精確對準，較佳使用諸如光罩對準器或步進器的裝置。在以紫外線照射時，經紫外線照射的區域被固化。
關於紫外線，可使用g-射線(波長：436nm)、h-射線、i-射線(波長：365nm)等。紫外線的輻射劑量可根據需要適當地選擇。
受UV照射固化的塗膜與顯影溶液接觸以溶解未經曝光的區域來顯影，從而獲得所需的圖案。
顯影方法可以是任何的液體添加法、浸漬法、噴霧法等。此外，基板可在顯影期間以任意角度傾斜。
顯影溶液通常是含有鹼性化合物和表面活性劑的水溶液。
鹼性化合物可以是無機鹼性化合物或有機鹼性化合物。無機鹼性化合物的具體實例可包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀、矽酸鈉、矽酸鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫
鈉、碳酸氫鉀、硼酸鈉、硼酸鉀、氨等。有機鹼性化合物的具體實例可包括四甲基氫氧化銨、2-羥乙基三甲基氫氧化銨、單甲胺、二甲胺、三甲胺、單乙胺、二乙胺、三乙胺、單異丙胺、二異丙胺、乙醇胺等。這些無機鹼性化合物和有機鹼性化合物可單獨使用或組合兩種或更多種使用。基於100重量%的顯影溶液，鹼性化合物的量可包括在0.01重量%至10重量%，較佳0.03重量%至5重量%。
關於表面活性劑，可使用選自由非離子性表面活性劑、陰離子性表面活性劑和陽離子性表面活性劑所組成之群組之至少一種。非離子性表面活性劑的具體實例可包括聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯芳基醚、聚氧乙烯烷基醚和其它聚氧乙烯衍生物、氧乙烯-氧丙烯嵌段共聚物(oxyethylene-oxypropylene block copolymers)、去水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯去水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨醇脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺等。陰離子性表面活性劑的具體實例可包括高級醇硫酸鹽，諸如月桂基醇硫酸鈉(sodium lauryl alcohol sulfate)和油基醇硫酸鈉；烷基硫酸鹽，諸如月桂基硫酸鈉和月桂基硫酸銨；烷基芳基磺酸鹽，諸如十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基萘磺酸鈉。陽離子性表面活性劑的具體實例可包括胺和四元銨(quarternary ammonium)鹽，諸如硬脂酸胺鹽酸鹽(stearylamine hydrochloride)和月桂基三甲基氯化銨(lauryltrimethylammonium chloride)。這些表面活性劑可單獨使用或組合兩種或更多種使用。基於100重量%的顯
影溶液，表面活性劑的量較佳包括在0.01重量%至10重量%，更佳0.05重量%至8重量%，又更佳0.1重量%至5重量%。
顯影後，將圖案以水洗滌，然後在70℃至100℃的相對低溫下進行後烘(post-baked)持續10分鐘至60分鐘。
本發明的一個實施例關於一種包括上述光固化圖案的影像顯示裝置。影像顯示裝置可包括液晶顯示裝置、OLED、撓性顯示器等，但其不限於此，且它可包括已知可應用於本技術領域中的所有影像顯示裝置。
下文中，將參考以下實例、比較例和實驗例來更詳細地描述本發明。對於本案所屬技術領域中具有通常知識者顯而易見的是，這些實例、比較例和實驗例僅用於說明本發明，且本發明的範圍不限於此。
製備例1：鹼可溶性樹脂(第一樹脂(A-1))的製備
在裝備有回流冷凝器、滴液(以下稱為滴液漏斗)和攪拌器的1L燒瓶中，以0.02L/min的速度導入氮氣以產生氮氣氛，然後將200g的丙二醇單甲基醚乙酸酯加入其中。在升溫至100℃後，加入含有25.2g(0.35mol)的丙烯酸、4.7g(0.05mol)的降冰片烯、70.9g(0.60mol)的乙烯基甲苯和150g的丙二醇單甲基醚乙酸酯的混合物。然後，從滴液漏斗歷經2小時將溶解3.6g的2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)於150g的丙二醇單甲基醚乙酸酯製成的溶液滴加到燒瓶中，並進一步在100℃攪拌5小時。
隨後，將燒瓶中的氣氛從氮氣變為空氣，並向燒瓶中
加入28.4g[0.20莫耳(基於本反應中使用的丙烯酸為57莫耳%)]的環氧丙基甲基丙烯酸酯(glycidyl methacrylate)，且反應繼續在110℃持續6小時，因而獲得具有固體酸值為70mg KOH/g的共聚物樹脂(A-1)。藉由GPC測定的聚苯乙烯的重量平均分子量為14,500，且分子量分布(Mw/Mn)為2.3。
製備例2：鹼可溶性樹脂(第二樹脂(A-2))的製備
在裝備有回流冷凝器、滴液漏斗和攪拌器的1L燒瓶中，以0.02L/min的速度導入氮氣以產生氮氣氛，然後將150g的二乙二醇甲基乙基醚(diethylene glycol methyl ethyl ether)加入其中且伴隨攪拌加熱至70℃。隨後，將132.2g(0.60mol)的下列化學式a和化學式b(莫耳比：50：50)的混合物、55.3g(0.30mol)的(3-乙基-3-氧雜環丁烷基)甲基甲基丙烯酸酯和8.6g(0.10mol)的甲基丙烯酸溶解在150g的二乙二醇甲基乙基醚中以製備溶液。
使用滴液漏斗將製備的溶液滴加到燒瓶中，將27.9g(0.11mol)的聚合引發劑2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)溶於200g的二乙二醇甲基乙基醚中。使用單獨的滴液漏斗將溶解的溶液滴加到燒瓶中歷經4小時。完成滴加聚合引
發劑溶液之後，將混合物在70℃下維持4小時，然後冷卻至室溫。藉此，獲得具有固體含量為41.8重量%和酸值為62mg KOH/g(固體含量)的共聚物樹脂(A-2)的溶液。所得的樹脂的重量平均分子量(Mw)為7,700，且分子量分布為1.82。
實例1至實例9以及比較例1至比較例5：光敏性樹脂組成物的製備
根據下表1所示的組分和組成混合各個組分，並攪拌3小時，以製備光敏性樹脂組成物(單位：重量%)。
A-1：製備例1中獲得的樹脂
A-2：製備例2中獲得的樹脂
B：二新戊四醇六丙烯酸酯(Dipentaerythritol hexaacrylate)(KAYARAD DPHA，Nippon Kayaku Co.,Ltd.)
C：肟酯系光聚合引發劑OXE-01(BASF)
D-1：3-三乙氧基矽基-N-(1,3-二甲基亞丁基)丙胺(3-triethoxysilyl-N-(1,3-dimethylbutylidene)propylamine)
D-2：3-(乙氧基二甲基矽基)-N-(戊-3-亞基)丙-1-胺(3-(ethoxydimethylsilyl)-N-(pentan-3-ylidene)propan-1-amine)
D-3：3-(甲氧基二甲基矽基)-N-(戊-3-亞基)丙-1-胺
D-4：3-(乙氧基二甲基矽基)-N-(丙-2-亞基)丙-1-胺
D-5：3-(乙氧基(乙基)(甲基)矽基)-N-(丙-2-亞基)丙-1-胺
D-6：3-(丁基(乙氧基)(甲基)矽基)-N-(丙-2-亞基)丙-1-胺
D-7：3-環氧丙基丙基三乙氧基矽烷
D-8：3-異氰酸酯丙基三乙氧基矽烷
E：聚[(鄰甲苯酚基環氧丙基醚)-共-甲醛]
F：Aron Oxetane PNOX-1009(Toagosei)
G：矽油添加劑SH-8400(Dow Corning Toray)
H：MEDG(二乙二醇甲基乙基醚)：PGMEA(丙二醇甲基醚乙酸酯)(4：6)混合物
實驗例1：顯影後的黏著性質的評價
將實例和比較例中獲得的各個光敏性樹脂組成物旋塗到4英寸矽晶片基板上，然後使用熱板在70℃下加熱120秒。在將加熱的基板冷卻至室溫之後，使用i-線步進器(DOF-0.15μm，Nikon NSR-i11D)用25mJ至125mJ的曝光劑量(365nm)以2.5mJ的間隔進行形成30個點圖案的曝光過程。將其上曝光過程完成的基板在25℃下浸漬並顯影在含有2.38%的四甲基氫氧化銨的水性顯影溶液中持續60秒再以水洗滌。此時，用光學顯微鏡觀察形成的方形點圖案，且結果顯示於下表2。殘留且沒有失去的最小圖案尺寸越小，則顯影後的黏著性質越好。
<評價標準>
◎：圖案形成時，顯影後的塗膜殘留的圖案數為100%
○：圖案形成時，顯影後的塗膜殘留的圖案數為95%至99%
△：圖案形成時，顯影後的塗膜殘留的圖案數為80%至94%
X：圖案形成時，顯影後的塗膜殘留的圖案數小於80%
實驗例2：化學抗性的評價
顯影後，將其上測量黏著性質的基板在80℃下後烘60分鐘。使用膜厚測定裝置測定由此獲得的方形點圖案的厚度，浸漬於有機剝離劑溶液中，在60℃下處理2分鐘，再次測定膜厚，並根據以下標準評價化學抗性。結果顯示於下表2。
<評價標準>
◎：剝離劑處理之前和之後的膜厚變化小於1%
○：剝離劑處理之前和之後的膜厚變化為1%至2%
△：剝離劑處理之前和之後的膜厚變化為3%至4%
X：剝離劑處理之前和之後的膜厚變化率為5%至6%
實驗例3：表面損傷的評價
在實驗例2的膜厚測定之後，根據以下標準透過電子顯微鏡觀察來評價塗膜的表面損傷，且結果顯示於下表2。
<評價標準>
◎：在SEM觀察期間，未觀察到表面損傷圖案。
○：在SEM觀察期間，在100個圖案中觀察到2%至3%的表面損傷圖案。
△：在SEM觀察期間，在100個圖案中觀察到10%至30%的表面損傷圖案。
X：在SEM觀察期間，在100個圖案中觀察到50%至80%的表面損傷圖案。
實驗例4：儲存穩定性的評價
將實例和比較例中獲得的各個光敏性樹脂組成物在23℃的儲存條件下儲存60天，並觀察黏度變化。儲存穩定性是根據以下標准進行評價，且結果顯示於下表2。
<評價標準>
2cp或以上的黏度變化：X
黏度變化小於2cp：○
如表2所示，根據本發明之實例1至實例9的光敏性樹脂組成物即使在100℃或更低溫度的低溫固化下仍呈現優異顯影後黏著性質和化學抗性，且也呈現優異儲存穩定性而沒有表面損傷。另一方面，在比較例之光敏性樹脂組成物的情況下，其僅包含矽烷偶合劑、酚醛清漆環氧樹脂和苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂中的任一種，或者包含含有環氧官能基之矽烷偶合劑或異氰酸酯官能基作為添加劑，則顯影後黏著性質、化學抗性或儲存穩定性差或會發生表面損傷。
儘管已經顯示和描述本發明的特定實施例，但是本領域技術人員將理解，並不欲意將本發明限制於較佳實施例，並且對於本領域技術人員來說顯而易見的是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種改變和修改。
因此，本發明的範圍由隨附申請專利範圍及其等同物限定。
Claims (13)
- 一種負型光敏性樹脂組成物，包括：鹼可溶性樹脂；光可聚合單體；光聚合引發劑；添加劑；以及溶劑；其中該添加劑包括具有胺基官能基之矽烷偶合劑、及酚醛清漆環氧樹脂和苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂之至少一種。
- 如請求項1所記載之負型光敏性樹脂組成物，其中該具有胺基官能基之矽烷偶合劑包括以下化學式I之化合物：
- 如請求項2所記載之負型光敏性樹脂組成物，其中n為3。
- 如請求項2所記載之負型光敏性樹脂組成物，其中R1為乙基，R3為異丁基，R4為甲基，且n為3。
- 如請求項1所記載之負型光敏性樹脂組成物，其中該 酚醛清漆環氧樹脂包括選自由以下所組成之群組之至少一種：聚[(鄰甲苯酚基環氧丙基醚)-共-甲醛]、聚[(苯基環氧丙基醚)-共-甲醛]、環氧丙基封端聚(雙酚A-共-表氯醇)、及甲醛與(氯甲基)環氧乙烷與4,4-(1-甲基亞乙基)雙(苯酚)之聚合物。
- 如請求項1所記載之負型光敏性樹脂組成物，其中該酚醛清漆環氧樹脂包括以下化學式II之化合物：
- 如請求項1所記載之負型光敏性樹脂組成物，其中該苯酚酚醛清漆氧雜環丁烷樹脂包括以下化學式III之化合物：
- 如請求項1所記載之負型光敏性樹脂組成物，其中該鹼可溶性樹脂包括含有由以下化學式IV表示之重複單元的第一樹脂、及含有由以下化學式V表示之重複單元的第二樹脂：
- 如請求項8所記載之負型光敏性樹脂組成物，其中該第一樹脂與該第二樹脂之混合重量比為10：90至50：50。
- 如請求項1所記載之負型光敏性樹脂組成物，其中該負型光敏性樹脂組成物可在70℃至100℃的溫度下固化。
- 一種光固化圖案，其係使用如請求項1至10中任一項所記載之負型光敏性樹脂組成物所形成。
- 如請求項11所記載之光固化圖案，其中該光固化圖案選自由以下所組成之群組：陣列平坦化膜圖案、保護膜圖案、絕緣膜圖案、光阻劑圖案、黑色矩陣圖案、管柱隔片圖案及黑色管柱隔片圖案。
- 一種影像顯示裝置，其包括如請求項11所記載之光固化圖案。
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