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TWI628513B - Negative photosensitive resin composition, resin cured film, partition wall, and optical element - Google Patents

Negative photosensitive resin composition, resin cured film, partition wall, and optical element Download PDF

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TWI628513B
TWI628513B TW102143489A TW102143489A TWI628513B TW I628513 B TWI628513 B TW I628513B TW 102143489 A TW102143489 A TW 102143489A TW 102143489 A TW102143489 A TW 102143489A TW I628513 B TWI628513 B TW I628513B
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photosensitive resin
compound
negative photosensitive
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松浦啓吾
川島正行
高橋秀幸
小林大介
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旭硝子股份有限公司
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Abstract

提供一種即便在低曝光量下仍可充分硬化且對隔壁上面賦予良好的撥墨性之負型感光性樹脂組成物、一種上面具有良好的撥墨性之樹脂硬化膜及隔壁、及一種具有點之光學元件,該點係將印墨均勻塗佈至被隔壁區隔之開口部並以良好精度形成者。
一種負型感光性樹脂組成物,含有:具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)、光聚合引發劑(B)、1分子中具有3個以上巰基之硫醇化合物(C)、及撥墨劑(D);一種樹脂硬化膜及隔壁,係使用該負型感光性樹脂組成物而形成者;及一種光學元件,係於基板表面具有多數點及位在鄰接之點間的該隔壁者。

Description

負型感光性樹脂組成物、樹脂硬化膜、隔壁及光學元件 發明領域
本發明係有關於一種負型感光性樹脂組成物、樹脂硬化膜、隔壁及光學元件。
發明背景
在有機EL(Electro-Luminescence)元件等光學元件製造中,有使用一種以發光層等有機層作為點並以噴墨(IJ)法進行圖案印刷之方法。在該方法中,係沿著欲形成之點輪廓設置隔壁,並於被該隔壁包圍之區塊(以下亦稱為「開口部」)內注入含有有機層材料之印墨,使其乾燥及/或加熱等,藉此形成期望圖案之點。
上述方法中,為了防止鄰接之點間的印墨混合及使點形成之印墨均勻塗佈,隔壁之上面需具有撥墨性;另一方面,包含隔壁側面在內之被隔壁包圍之點形成用開口部則需具有親墨性。
爰此,為了獲得上面具有撥墨性之隔壁,周知有使用已含有撥墨劑之感光性樹脂組成物,利用光刻法來形成與點圖案對應之隔壁的方法。例如,專利文獻1中揭示一種由含氟水解性矽烷化合物之水解縮合物所構成且含有矽 氧系撥墨劑的負型感光性樹脂組成物。
又,在使用感光性樹脂組成物之光刻法所行之隔壁製造中,從提升生產性之觀點看來,認為必須在低曝光量下進行感光性樹脂組成物之硬化。尤其,形成在隔壁上面且具有撥墨性之層一旦硬化不夠充分,有時便會在顯像時溶出而變得極端薄或該層本身變得不存在,故使其充分硬化這一點相當重要。例如,專利文獻2中有記載一種使用特定光聚合引發劑的感光性組成物。就增感劑而言,則記載了1官能或2官能的硫醇化合物。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1:國際公開第2010/013816號
專利文獻2:國際公開第2008/146855號
發明概要
近年,以更高生產性為目標,力圖開發一種即便在比專利文獻2中記載之曝光條件更低的曝光量下仍可充分硬化,且可對隔壁上面賦予撥墨性的感光性樹脂組成物。
本發明目的在於提供一種在低曝光量下仍可充分硬化並可對隔壁上面賦予良好的撥墨性之負型感光性樹脂組成物,及一種使用該組成物而獲得且上面具有良好的撥墨性之樹脂硬化膜及隔壁。
此外,本發明目的在於提供一種具有點之光學元件, 該點係於被隔壁區隔之開口部均勻塗佈印墨並以良好精度形成者。於被隔壁區隔之開口部均勻塗佈印墨
本發明具有以下[1]~[16]之主旨,並提供樹脂硬化膜、負型感光性樹脂組成物、隔壁及光學元件。
[1]一種樹脂硬化膜,係形成在基板上者;其特徵在於:在使用Ar濺鍍離子之X射線光電子分光法(XPS)所得之前述樹脂硬化膜在厚度方向的組成分析中,前述樹脂硬化膜表面中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值[F/C](i)為0.100~3.000,且該[F/C](i)大於樹脂硬化膜之表層內部區域中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[F/C](ii),該表層內部區域係以從前述樹脂硬化膜之表面起算厚度為4nm之位置為起點,並以從該表面起算厚度為7nm之位置為終點;且前述樹脂硬化膜之表面中硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值[S/C](i)、及前述樹脂硬化膜之前述表層內部區域中硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[S/C](ii)為0.001~0.050。
[2]一種負型感光性樹脂組成物,其特徵在於含有:具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)、光聚合引發劑(B)、1分子中具有3個以上巰基之硫醇化合物(C)、及撥墨劑(D)。
[3]如前述[2]記載之負型感光性樹脂組成物,其中負型感光性樹脂組成物之總固體成分中,含有:5~80質量%之 具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A),0.1~50質量%之光聚合引發劑(B),及0.01~15質量%之撥墨劑(D)。
[4]如前述[2]或[3]記載之負型感光性樹脂組成物,其係以下述方式含有前述硫醇化合物(C):相對於前述負型感光性樹脂組成物中之總固體成分所具有的乙烯性雙鍵1莫耳,該化合物所具有之巰基之量為0.0001~1莫耳。
[5]如前述[2]~[4]中任一項記載之負型感光性樹脂組成物,其中前述撥墨劑(D)具有氟原子,且前述撥墨劑(D)中之氟原子含有率為1~40質量%。
[6]如前述[2]~[5]中任一項記載之負型感光性樹脂組成物,其中前述撥墨劑(D)係具有乙烯性雙鍵之化合物。
[7]如前述[2]~[6]中任一項記載之負型感光性樹脂組成物,其中前述撥墨劑(D)係水解性矽烷化合物的部分水解縮合物。
[8]如前述[7]記載之負型感光性樹脂組成物,其中前述部分水解縮合物係含有水解性矽烷化合物(s1)之水解性矽烷化合物混合物的部分水解縮合物,該水解性矽烷化合物(s1)具有氟伸烷基及/或氟烷基、與水解性基。
[9]如前述[8]記載之負型感光性樹脂組成物,其中前述水解性矽烷化合物混合物更含有矽原子鍵結有4個水解性基的水解性矽烷化合物(s2)。
[10]如前述[9]記載之負型感光性樹脂組成物,其中前述水解性矽烷化合物混合物更含有水解性矽烷化合物 (s3),該水解性矽烷化合物(s3)具有具乙烯性雙鍵之基及水解性基,且不含氟原子。
[11]如前述[2]~[10]中任一項記載之負型感光性樹脂組成物,其更含有於1分子中具有2個以上乙烯性雙鍵且不具酸性基之交聯劑(E)。
[12]如前述[2]~[11]中任一項記載之負型感光性樹脂組成物,其更含有溶劑(F)。
[13]一種樹脂硬化膜,係使用如前述[2]~[12]中任一項記載之負型感光性樹脂組成物而形成者。
[14]一種樹脂硬化膜,係形成在基板上之如前述[13]記載之樹脂硬化膜;在使用Ar濺鍍離子之X射線光電子分光法(XPS)所得之前述樹脂硬化膜在厚度方向的組成分析中,前述樹脂硬化膜表面中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值[F/C](i)為0.100~3.000,且該[F/C](i)大於樹脂硬化膜之表層內部區域中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[F/C](ii),該表層內部區域係以從前述樹脂硬化膜之表面起算厚度為4nm之位置為起點,並以從該表面起算厚度為7nm之位置為終點;且前述樹脂硬化膜表面中硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值[S/C](i)、及前述樹脂硬化膜之前述表層內部區域中硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[S/C](ii)為0.001~0.050。
[15]一種隔壁,係形成為將基板表面區隔成點形成用之 多數區塊的形態者,且其係由如前述[1]、[13]或[14]記載之樹脂硬化膜所構成。
[16]一種光學元件,係於基板表面具有多數點及位在鄰接之點間的隔壁者,且前述隔壁係以如前述[15]記載之隔壁來形成。
[17]如前述[16]記載之光學元件,其中前述點係以噴墨法形成而成。
依據本發明,可提供一種即便在低曝光量下仍可充分硬化,且可對隔壁上面賦予良好撥墨性的負型感光性樹脂組成物。
本發明之樹脂硬化膜及隔壁係於上面具有良好的撥墨性。
又,本發明之光學元件係具有點之光學元件,該點係於被隔壁區隔之開口部均勻塗佈印墨並以良好精度形成者。
1‧‧‧基板
4‧‧‧隔壁
4A‧‧‧撥墨層
4B‧‧‧層
5‧‧‧開口部
9‧‧‧噴墨頭
10‧‧‧印墨
11‧‧‧點
12‧‧‧光學元件
21‧‧‧塗膜
22‧‧‧乾燥膜
23‧‧‧曝光膜
23A‧‧‧曝光部
23B‧‧‧非曝光部
30‧‧‧光罩
31‧‧‧遮罩部
(D)‧‧‧撥墨劑
圖1係顯示本發明之實施例之樹脂硬化膜利用XPS所得之包含表面之表層在厚度方向的組成分析結果之圖。
圖2係顯示由圖1之分析結果所得之厚度方向中氟原子濃度及硫原子濃度相對於碳原子濃度的比值之圖。
圖3A係示意顯示本發明實施形態之隔壁之製造方法的步驟圖。
圖3B係示意顯示本發明實施形態之隔壁之製造方法的步驟圖。
圖3C係示意顯示本發明實施形態之隔壁之製造方法的步驟圖。
圖3D係示意顯示本發明實施形態之隔壁之製造方法的步驟圖。
圖4A係示意顯示本發明實施形態之光學元件之製造方法的步驟圖。
圖4B係示意顯示本發明實施形態之光學元件之製造方法的步驟圖。
圖5係顯示比較例之樹脂硬化膜利用XPS所得之包含表面之表層在厚度方向的組成分析結果之圖。
圖6係顯示由圖5之分析結果所得之厚度方向中氟原子濃度及硫原子濃度相對於碳原子濃度的比值之圖。
用以實施發明之形態
在本說明書中,「(甲基)丙烯醯基」係「甲基丙烯醯基」及「丙烯醯基」之統稱。(甲基)丙烯醯氧基、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯醯胺、及(甲基)丙烯酸樹脂亦準用此定義。
在本說明書中,以式(x)表示之基有時僅記載為基(x)。
在本說明書中,以式(y)表示之化合物有時僅記載為化合物(y)。
在此,式(x)及式(y)係表示以任意作為例子所掲示之式。
本說明書中之「側鏈」係在重複單元構成主鏈之聚合物中,與構成主鏈之碳原子鍵結的氫原子或鹵素原子以外之基。
本說明書中之「感光性樹脂組成物之總固體成分」係表示感光性樹脂組成物所含有之成分中形成後述樹脂硬化膜之成分者,可從將感光性樹脂組成物在140℃下加熱24小時並已除去溶劑之殘存物求算。而,總固體成分量亦可從饋入量計算。
在本說明書中,以樹脂為主成分之組成物的硬化物所構成之膜稱為「樹脂硬化膜」。
在本說明書中,已塗佈感光性樹脂組成物之膜稱為「塗膜」,使其乾燥而成之膜稱為「乾燥膜」。使該「乾燥膜」硬化而獲得之膜係「樹脂硬化膜」。又,在本說明書中,「樹脂硬化膜」有時亦僅稱為「硬化膜」。
樹脂硬化膜亦可係形成為將預定區域區隔成多數區塊之形態的隔壁形態。而於被隔壁區隔之區塊即被隔壁包圍之開口部注入例如下述「印墨」,形成「點」。
本說明書中之「印墨」係統稱進行乾燥、硬化等後而具有光學性及/或電性機能之液體。
在有機EL元件、液晶元件之濾色器、有機TFT(Thin Film Transistor)陣列等光學元件中,有時會將作為各種構成要素之點使用該點形成用印墨利用噴墨(IJ)法來進行圖案 印刷。本說明書中之「印墨」包含使用在該用途之印墨。
本說明書中之「撥墨性」係撥拒上述印墨之性質,有撥水性及撥油性兩者。撥墨性例如可藉由滴下印墨時的接觸角來評估。「親墨性」係與撥墨性相反之性質,與撥墨性同樣地可藉由滴下印墨時的接觸角來評估。或,以預定基準評估滴下印墨時的印墨之濕潤擴散程度(印墨之濕潤擴散性),藉此來評估親墨性。
本說明書中之「點」係表示光學元件中可光調變的最小區域。在有機EL元件、液晶元件之濾色器、有機TFT陣列等光學元件中,黑白顯示時係1點=1像素,彩色顯示時則例如係3點(R(紅)、G(綠)、B(藍)等)=1像素。
以下說明本發明實施形態。而,在本說明書中,未特別說明之情況下符號%表示質量%。
[第1實施形態之樹脂硬化膜]
本發明之第1實施形態的樹脂硬化膜係一形成在基板上之樹脂硬化膜,其係在使用Ar濺鍍離子之XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)所得之包含該樹脂硬化膜表面的表層在厚度方向的組成分析中,具有下述(I)及(II)之特性的樹脂硬化膜。
(I)前述樹脂硬化膜之表面中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值[F/C](i)為0.100~3.000,且該[F/C](i)大於樹脂硬化膜之表層內部區域(以下亦僅稱為「表層內部區域」)中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[F/C](ii),該表層內部區域係以從前述樹脂硬化膜之表面起 算厚度為4nm之位置為起點,並以從該表面起算厚度為7nm之位置為終點。
(II)前述樹脂硬化膜之表面中硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值[S/C](i)、及前述樹脂硬化膜之前述表層內部區域中硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[S/C](ii)為0.001~0.050。
在此,本說明書中樹脂硬化膜之「表面」係表示與樹脂硬化膜之基板側為相反側的主面。本說明書中之隔壁或樹脂硬化膜之「上面」與該表面同義。
本發明之樹脂硬化膜在利用XPS所得之厚度方向的組成分析中,如上述,針對表面及表層內部區域只要氟原子濃度相對於碳原子濃度之比率具有上述(I)特性,且硫原子濃度相對於碳原子濃度之比率具有上述(II)特性,膜厚即無特別限制。樹脂硬化膜之膜厚可因應用途適當選擇,理想係0.05~50μm,以0.2~10μm尤佳。
在此,針對利用Ar濺鍍離子之XPS所得之包含樹脂硬化膜表面的表層在厚度方向的組成分析,列舉具體例加以說明。惟,本發明之樹脂硬化膜不受此限。針對從樹脂硬化膜表面起至表面附近,可無特別限制地適用藉由XPS進行組成分析時的常法。
圖1中顯示本發明之樹脂硬化膜之一例,利用XPS所得之包含表面的表層在厚度方向的組成分析結果。又,圖2中顯示由圖1之分析結果所得在厚度方向中氟原子濃度及硫原子濃度相對於碳原子濃度的比值。
圖1係顯示針對包含隔壁表面之表層的厚度方向,使用例如Ulvac-Phi公司製之Quantera-SXM作為裝置,利用Ar濺鍍離子時的XPS之分析結果,該隔壁係後述實施例之例16中所製得之由樹脂硬化膜所構成者。屆時的分析條件如以下所示。
(分析條件)
X射線源:Al K α
X射線之射束尺寸:約20μm φ
測定區:約20μm φ
檢測角:離試料面45度
濺鍍用離子:Ar
濺鍍用離子之加速電壓:1kV
濺鍍用離子之光柵尺寸:3×3mm2
測定尖峰:F1s、C1s、S2s
No.of Sweeps:3(F1s)、3(C1s)、32(S2s)
Pass Energy:224eV
Step Size:0.4eV
Ratio:2(F1s)、2(C1s)、2(S2s)
解析軟體:MultiPak
而,上述XPS分析中,當樹脂硬化膜寬度窄於射束尺寸(約20μm φ)時,可進一步縮窄射束尺寸,藉此進行樹脂硬化膜的表面組成分析。
由上述XPS分析所得之樹脂硬化膜在厚度方向剖面圖的橫軸通常係給予濺鍍時間。作為一將濺鍍時間轉 換成如圖1及圖2之橫軸所示從表面起算的距離(厚度)之方法,可舉如以Si晶圓上之熱氧化膜(SiO2膜)為標準,取得濺鍍蝕刻速率(濺鍍速度)的數據並將之換算成從表面起算的距離之方法。在實施例之例16的隔壁分析中,係使用膜厚既知的Si晶圓上之熱氧化膜(SiO2膜),測出上述XPS分析條件中該SiO2膜的濺鍍速率為0.7nm/分,並以該濺鍍速率將濺鍍時間換算成從表面起算的距離(厚度)。
圖1中,橫軸表示以上述方法所求出之從表面起算的距離(厚度)[nm],厚度「0」之位置為樹脂硬化膜表面,厚度4~7nm為表層內部區域。樹脂硬化膜的主要構成要素之碳原子濃度係以C1s分析,該分析值在圖1中係以單點鏈線表示。樹脂硬化膜中之氟原子濃度係以F1s分析,該分析值在圖1中係以虛線表示。樹脂硬化膜中之硫原子濃度係以S2s分析,該分析值在圖1中係以實線表示。而,有關樹脂硬化膜中之其他原子例如氧、Si等原子濃度則省略記載。
表1中顯示以上述XPS分析所得之實施例之例16的隔壁中,從表面(濺鍍時間=0分)至濺鍍時間10分為止的每1分之測定值(原子濃度)。又,表1中合併顯示從上述SiO2膜之濺鍍速率所換算之從表面起算的距離[nm]。此外,表1之右側欄則顯示濺鍍時間每1分鐘之氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值(表示為[F/C])及硫原子濃度相對於碳原子濃度(表示為[S/C])的結果,該等係從獲得之碳原子濃度、氟原子濃度、及硫原子濃度算出。
又,表1之最下欄係顯示成為本發明之樹脂硬化膜指標 的表層內部區域(從表面起算的距離為4~7nm)中[F/C]之平均值即[F/C](ii)、[S/C]之平均值即[S/C](ii)
於圖2係將由表1所得之從表面起算的距離(厚度)方向中氟原子濃度及硫原子濃度相對於碳原子濃度的比值,分別以虛線表示氟原子並以實線表示硫原子。
如此一來,實施例之例16中,樹脂硬化膜之隔壁表面中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值[F/C](i)為0.425。又,該隔壁表面中硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值[S/C](i)為0.013。此外,[F/C](ii)為0.000,[S/C](ii)為0.015。而,以下關於比值,0.000表示為「0」。
(I)氟原子濃度相對於碳原子濃度之比率
本發明之樹脂硬化膜中,以上述[F/C](i)表示之表面中 之[F/C]為0.100~3.000。[F/C](i)若在該範圍,即充分顯現樹脂硬化膜表面的撥液性。[F/C](i)一旦小於0.100,F量即不夠充分,無法顯現撥液性。又,[F/C](i)一旦大於3.000,撥液性即不穩定。此認為是因為表面之硬化性降低所致。[F/C](i)在0.150~1.500更佳,在0.200~0.800最佳。
本發明之樹脂硬化膜中,以上述[F/C](i)表示之表面中之[F/C]係大於以[F/C](ii)表示之表層內部區域(從表面起算的距離為4~7nm)中之[F/C]值的平均值。藉此,可抑制具有撥液性能之成分的添加量,而可抑制製造成本。又,因可使隔壁之側面親液化,故以噴墨塗佈材量時可保持均勻性。而,本發明之樹脂硬化膜中,[F/C](ii)低於0.100為佳,低於0.050較佳,0最佳。
(II)硫原子濃度相對於碳原子濃度之比率
本發明之樹脂硬化膜中,以上述[S/C](i)表示之表面中之[S/C]、及以[S/C](ii)表示之表層內部區域(從表面起算的距離為4~7nm)中之[S/C]值的平均值皆為0.001~0.050。[S/C](i)及[S/C](ii)若皆在該範圍,即便在低曝光量下仍可充分顯現硬化性。[S/C](i)及[S/C](ii)一旦小於0.001,則低曝光量下的硬化性會不夠充分而引起膜剝離等。又,一旦大於0.050,則有產生線寬粗大等的問題。
本發明之樹脂硬化膜中,有關[S/C](ii)係以0.001~0.040更佳,以0.001~0.035最佳。又,有關[S/C](i)係以0~0.040更佳,以0~0.035最佳。
[S/C](i)及[S/C](ii)之差在0.010以下為佳,在0.005以下尤 佳。
而,例如針對配設在組件內部之樹脂硬化膜進行利用上述XPS之分析時,必須使樹脂硬化膜從組件露出。以下將說明使已配設在組件內部之樹脂硬化膜表面露出之方法一例,惟露出方法不受以下限定。
作為使已配設在組件內部之樹脂硬化膜表面露出之方法,可舉如Surface And Interfacial Cutting Analysis System(表面和界面切削分析系统,以後表記為SAICAS(賽卡斯))。作為利用SAICAS的露出方法,例如當組件為有機EL顯示器時,可取下蓋玻璃,將包含裸出之發光層及隔壁(樹脂硬化膜)的積層體一起以相對於深度方向傾斜地裁斷,藉此使隔壁表面露出。
同樣地,當組件為有機EL顯示器時,作為利用XPS之露出方法,可藉由使用氬、銫、氧、鎵、金等濺鍍槍將內藏在裝置中之隔壁(樹脂硬化膜)的上部薄膜除去,使隔壁表面露出。
或,作為利用化學蝕刻之露出方法,當組件為有機EL顯示器時,可以將夾在隔壁(樹脂硬化膜)上下之電極兩者或其中一者以酸或鹼溶解,藉此在隔壁上下製作間隙使積層體剝離之方法,使隔壁表面露出。
本發明之樹脂硬化膜係一形成在基板上之樹脂硬化膜,只要是具有利用XPS之分析所得的上述(I)及(II)之組成特性者即無特別限制。具有該特性之本發明之樹脂硬化膜例如可使用以下說明之本發明之負型感光性樹脂組成 物而形成在基板上。
[負型感光性樹脂組成物]
本發明之負型感光性樹脂組成物含有:具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)、光聚合引發劑(B)、1分子中具有3個以上巰基之硫醇化合物(C)、及撥墨劑(D)。
本發明之負型感光性樹脂組成物更因應需求含有交聯劑(E)、溶劑(F)、著色劑(G)、及其他任意成分等。
以下,就各成分加以說明。
(鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A))
對具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂賦予符號(AP),對具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性單體賦予符號(AM),並分別說明。
作為具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂(AP),以1分子中具有酸性基及乙烯性雙鍵之感光性樹脂為佳。鹼可溶性樹脂(AP)於分子中具有乙烯性雙鍵,藉此可使負型感光性樹脂組成物之曝光部藉由從光聚合引發劑(B)產生之自由基進行聚合而硬化。此時,1分子中具有3個以上巰基之硫醇化合物(C)係可產生自由基並藉由其高鏈轉移性有效地對上述乙烯性雙鍵起作用而有助於聚合、交聯,藉此使硬化可充分進行者。
以上述方法充分硬化的曝光部不會被鹼顯像液除去。又,鹼可溶性樹脂(AP)於分子中具有酸性基,藉此可以鹼顯像液選擇性地除去未硬化之負型感光性樹脂組成物的非曝光部。其結果,可使硬化膜成為將預定區域區隔成多數區塊之形態的隔壁形態。
作為酸性基,可舉如羧基、酚性羥基、磺基、磷酸基等,該等可單獨使用1種,亦可將2種以上併用。
作為乙烯性雙鍵,可舉如(甲基)丙烯醯基、烯丙基、乙烯基、乙烯氧基、乙烯氧基烷基等具有加成聚合性之雙鍵。該等可單獨使用1種,亦可將2種以上併用。而,乙烯性雙鍵所具有之氫原子的一部分或全部亦可被甲基等烷基取代。
作為具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂(AP),可舉如具有具酸性基之側鏈及具乙烯性雙鍵之側鏈的樹脂(A-1)、及於環氧樹脂導入有酸性基及乙烯性雙鍵之樹脂(A-2)等。該等可單獨使用1種,亦可將2種以上併用。
樹脂(A-1)例如可以下述(i)或(ii)之方法合成。
(i)使側鏈具有酸性基以外之反應性基例如羥基、環氧基等反應性基之單體、及側鏈具有酸性基之單體共聚合,而獲得具有具反應性基之側鏈及具酸性基之側鏈的共聚物。接下來,使該共聚物與得以對上述反應性基鍵結且具有官能基及乙烯性雙鍵的化合物進行反應。或,使側鏈具有羧基等酸性基之單體共聚合後,使得以對酸性基鍵結且具有官能基及乙烯性雙鍵的化合物以反應後酸性基殘留之量進行反應。
(ii)使與上述(i)同樣於側鏈具有酸性基以外之反應性基的單體、及具有得以對該反應性基鍵結之官能基及經保護之乙烯性雙鍵的化合物進行反應。接下來,使該單體與側鏈具有酸性基之單體共聚合後,除去乙烯性雙鍵之保護。或,使側鏈具有酸性基之單體、及側鏈具有經保護 之乙烯性雙鍵的單體共聚合後,除去乙烯性雙鍵之保護。
而,(i)及(ii)宜在溶劑中實施。
上述方法中,又宜使用(i)方法。以下將就(i)方法具體說明。
就具有羥基作為反應性基之單體而言,可舉如(甲基)丙烯酸2-羥乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥丙酯、新戊二醇單(甲基)丙烯酸酯、甘油單(甲基)丙烯酸酯、2-羥乙基乙烯基醚、2-羥乙基烯丙基醚、N-羥甲基(甲基)丙烯醯胺、N,N-雙(羥甲基)(甲基)丙烯醯胺等。
使用具有羥基作為反應性基之單體時,使進行共聚合之具有酸性基之單體除後述具羧基之單體以外,作為具磷酸基之單體可舉如2-(甲基)丙烯醯氧基乙基磷酸酯等。具有羥基作為反應性基之單體與具有酸性基之單體的共聚合可以習知的公知方法進行。
作為與獲得之共聚物進行反應且具有得以對羥基鍵結之官能基及乙烯性雙鍵的化合物,可舉如具有乙烯性雙鍵之酸酐、具有異氰酸基與乙烯性雙鍵之化合物、以及具有氯化醯基與乙烯性雙鍵之化合物等。
作為具有乙烯性雙鍵之酸酐,可舉如馬來酸酐、伊康酸酐、檸康酸酐、甲基-5-降莰烯-2,3-二羧酸酐、3,4,5,6-四氫酞酸酐、順-1,2,3,6-四氫酞酸酐、2-丁烯-1-基琥珀酸酐等。
作為具有異氰酸基與乙烯性雙鍵之化合物,可舉如2-(甲基)丙烯醯氧基乙基異氰酸酯、1,1-雙((甲基)丙烯醯氧基甲基)乙基異氰酸酯等。
作為具有氯化醯基與乙烯性雙鍵之化合物,可舉如(甲基)丙烯醯基氯化物等。
就具有環氧基作為反應性基之單體而言,可舉如(甲基)丙烯酸環氧丙酯、(甲基)丙烯酸3,4-環氧環己基甲酯等。
作為與具有環氧基作為反應性基之單體共聚合且具有酸性基的單體,可使用與上述具有羥基作為反應性基之單體中所說明之同樣單體,關於具有環氧基作為反應性基之單體與具有酸性基之單體的共聚合,亦可以習知的公知方法進行。
作為與獲得之共聚物進行反應且具有得以對環氧基鍵結之官能基與乙烯性雙鍵的化合物,可舉如具有羧基與乙烯性雙鍵之化合物等。作為所述化合物之具體例,可舉如(甲基)丙烯酸、乙烯乙酸、巴豆酸、伊康酸、馬來酸、延胡索酸、桂皮酸、該等之鹽,以二元酸之情況而言則為單酯等。而,亦可使在此所生成之羥基與羧酸之脫水縮合部分構成環狀結構一部分的酸酐進行反應,而於樹脂(A-1)中導入羧基。
就具有羧基作為反應性基之單體而言,可舉如(甲基)丙烯酸、乙烯乙酸、巴豆酸、伊康酸、馬來酸、延胡索酸、桂皮酸、該等之鹽、以二元酸之情況而言則為單酯等。而,該等單體亦可作為上述具有酸性基之單體使用。
使用具有羧基作為反應性基之單體時,如上述使該單體聚合。作為與獲得之聚合物進行反應且具有得以對 羧基鍵結之官能基及乙烯性雙鍵的化合物,可舉如具有環氧基與乙烯性雙鍵之化合物。作為所述化合物,可舉如(甲基)丙烯酸環氧丙酯、(甲基)丙烯酸3,4-環氧環己基甲酯等。而,此時,與具有羧基之聚合物進行反應且具有得以對羧基鍵結之官能基及乙烯性雙鍵的化合物之量係設為反應後在聚合物中羧基可作為酸性基殘留於側鏈之量。
樹脂(A-2)可藉由使環氧樹脂、與後述具有羧基及乙烯性雙鍵之化合物反應後,再與多元羧酸或其酐進行反應而合成。
具體上,係使環氧樹脂、與具有羧基及乙烯性雙鍵之化合物反應,藉此將乙烯性雙鍵導入至環氧樹脂。接下來,使多元羧酸或其酐對已導入乙烯性雙鍵之環氧樹脂反應,藉此導入羧基。
就環氧樹脂而言並無特別限定,可舉如雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、苯酚酚醛型環氧樹脂、甲酚酚醛型環氧樹脂、參酚甲烷型環氧樹脂、具有萘骨架之環氧樹脂、具有以下式(A-2a)表示之聯苯骨架的環氧樹脂、以下式(A-2b)表示之茀基取代雙酚A型環氧樹脂、及具有以下式(A-2c)表示之聯苯骨架的環氧樹脂等。
(v係1~50之整數,以2~10之整數為佳。又,苯環之氫原子亦可分別獨立被下述所取代:碳原子數1~12之烷基、鹵素原子、或一部分之氫原子可被取代基取代之苯基。)
(R31、R32、R33及R34分別獨立為氫原子、氯原子或碳原子數為1~5之烷基,w為0或1~10之整數。)
(苯環之氫原子亦可分別獨立被下述所取代:碳原子數1~12之烷基、鹵素原子、或一部分之氫原子可被取代基取代之苯基。z為0或1~10之整數。)
而,使式(A-2a)~(A-2c)所示之環氧樹脂、與具有羧基及乙烯性雙鍵之化合物反應後再使多元羧酸酐進行反應的情況下,作為多元羧酸酐宜使用二羧酸酐及四羧酸二酐之混合物。
作為具有羧基及乙烯性雙鍵之化合物,以下述為佳:(甲基)丙烯酸、乙烯乙酸、巴豆酸、伊康酸、馬來酸、 延胡索酸、桂皮酸或該等之鹽、以二元酸之情況而言為單酯,且以(甲基)丙烯酸尤佳。
作為具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂(AP),在顯像時可抑制硬化膜剝離並獲得高解析度之點圖案之觀點、點為直線狀時的圖案之直線性良好之觀點、及容易獲得平滑的硬化膜表面之觀點下,宜使用樹脂(A-2)。
作為樹脂(A-2),尤宜為:雙酚A型環氧樹脂中導入有酸性基及乙烯性雙鍵之樹脂、雙酚F型環氧樹脂中導入有酸性基及乙烯性雙鍵之樹脂、苯酚酚醛型環氧樹脂中導入有酸性基及乙烯性雙鍵之樹脂、甲酚酚醛型環氧樹脂中導入有酸性基及乙烯性雙鍵之樹脂、參酚甲烷型環氧樹脂中導入有酸性基及乙烯性雙鍵之樹脂、或式(A-2a)~(A-2c)所示之環氧樹脂中導入有酸性基及乙烯性雙鍵之樹脂。
作為具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性單體(AP),例如適合使用具有具酸性基之側鏈及具乙烯性雙鍵之側鏈的單體(A-3)。酸性基及乙烯性雙鍵與具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂(AP)相同。
作為單體(A-3),可舉如2,2,2-三丙烯醯基氧甲基乙基酞酸酯等。
負型感光性樹脂組成物中所含之具有乙烯性雙鍵的鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)可單獨使用1種,亦可將2種以上併用。
負型感光性樹脂組成物中之總固體成分中具有乙烯性雙鍵的鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)之含有比率在5~ 80質量%為佳,在10~60質量%尤佳。含有比率若在上述範圍,負型感光性樹脂組成物之光硬化性及顯像性即佳。
(光聚合引發劑(B))
本發明中之光聚合引發劑(B)只要是具有作為光聚合引發劑之機能的化合物即無特別限制,以利用光產生自由基之化合物為佳。
作為光聚合引發劑(B),可舉如:甲基苯基乙醛酸、9,10-菲醌等α-二酮類;苯偶姻等醯偶姻類;苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻異丙基醚等醯偶姻醚類;硫雜蒽酮、2-氯硫雜蒽酮、2-甲基硫雜蒽酮、2,4-二甲基硫雜蒽酮、異丙基硫雜蒽酮、2,4-二乙基硫雜蒽酮等硫雜蒽酮類;二苯基酮、4,4'-雙(二甲胺基)二苯基酮、4,4'-雙(二乙胺基)二苯基酮等二苯基酮類;苯乙酮、2-(4-甲苯磺醯氧基)-2-苯基苯乙酮、對二甲胺基苯乙酮、2,2'-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、對甲氧基苯乙酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-啉基丙-1-酮、2-苄基-2-二甲胺基-1-(4-啉基苯基)-丁-1-酮等苯乙酮類;蒽醌、2-乙基蒽醌、樟腦醌、1,4-萘醌等苯醌類;2-二甲胺苯甲酸乙酯、4-二甲胺苯甲酸(正丁氧基)乙酯等胺苯甲酸類;苯甲醯甲基氯化物、三鹵甲基苯基碸等鹵素化合物;雙(2,4,6-三甲基苄醯基)-苯基膦氧化物等醯基膦氧化物類;二-三級丁基過氧化物等過氧化物;1,2-辛二酮,1-[4-(苯硫基)-,2-(O-苄醯基肟)、乙酮1-[9-乙基-6-(2-甲基苄醯基)-9H-咔唑-3-基]-1-(O-乙醯基肟)等肟酯類;及三乙醇胺、甲基二乙醇胺、三異丙醇胺、正丁胺、N-甲基二乙醇 胺、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯等脂肪族胺類等。
光聚合引發劑(B)中又以二苯基酮類、胺苯甲酸類及脂肪族胺類與其他自由基引發劑一起使用可顯現增感效果,謂為理想。
作為光聚合引發劑(B),以2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-啉基丙-1-酮、2-苄基-2-二甲胺基-1-(4-啉基苯基)-丁-1-酮、1,2-辛二酮,1-[4-(苯硫基)-,2-(O-苄醯基肟)、乙酮1-[9-乙基-6-(2-甲基苄醯基)-9H-咔唑-3-基]-1-(O-乙醯基肟)、或2,4-二乙基硫雜蒽酮為佳。此外,以該等與二苯基酮類例如4,4’-雙(二乙胺基)二苯基酮之組合尤佳。
光聚合引發劑(B)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
負型感光性樹脂組成物中之總固體成分中,光聚合引發劑(B)的含有比率在0.1~50質量%為佳,在0.5~30質量%較佳,在5~15質量%尤佳。含有比率若在上述範圍,負型感光性樹脂組成物之光硬化性及顯像性即佳。
(硫醇化合物(C))
本發明中之硫醇化合物(C)係1分子中具有3個以上巰基之化合物。藉由含有硫醇化合物(C),在本發明之負型感光性樹脂組成物中,曝光時可藉由從光聚合引發劑(B)生成之自由基生成硫醇化合物(C)之自由基而引發所謂的烯-硫醇反應,該烯-硫醇反應係作用於鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)的乙烯性雙鍵。該烯-硫醇反應不同於一般的乙烯性雙鍵之自由基聚合,其不受氧所致之反應阻礙,所以具有高的鏈轉移性,此外在與聚合同時亦進行交聯,因此具有 成為硬化物時的收縮率亦低並容易獲得均勻的網狀物等優點。
本發明之負型感光性樹脂組成物含有硫醇化合物(C),藉此,如上述即便在低曝光量下仍可充分硬化,且即便在包含尤其容易受氧所致之反應阻礙之隔壁上面的上層部,仍可充分進行光硬化,由該等觀點看來,可對隔壁上面賦予良好的撥墨性。
硫醇化合物(C)中之巰基於1分子中含有3~10個為佳,3~8個較佳,3~5個更佳。從負型感光性樹脂組成物之保存穩定性的觀點看來,以3個尤佳。
硫醇化合物(C)之分子量無特別限制。從低曝光量下的硬化性觀點看來,硫醇化合物(C)中以[分子量/巰基數]表示之巰基當量(以下亦稱為「SH當量」)在40~1,000為佳,在40~500較佳,在40~250尤佳。
作為硫醇化合物(C),以巰羧酸與多元醇之酯類為佳。硫醇化合物(C)可為脂肪族化合物亦可為芳香族化合物。
作為巰羧酸,可舉如硫乙醇酸、2-巰丙酸、3-巰丙酸、3-巰丁酸、3-巰異丁酸、2-巰異酪酸、3-巰異酪酸、3-巰基-3-甲基酪酸、2-巰纈草酸、3-巰異纈草酸、4-巰纈草酸、3-苯基-3巰丙酸等。
作為多元醇,可舉如具有3個以上羥基之醇,例如:甘油、二甘油、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、三羥乙基乙烷、三羥乙基丙烷、二三羥甲基丙烷、參(2-羥乙基)異三聚氰酸酯、己烷三醇、山梨醇、新戊四醇、二新戊四 醇、蔗糖等。
作為硫醇化合物(C),具體上可舉如參(2-巰丙醯氧基乙基)異三聚氰酸酯、新戊四醇肆(3-巰丁酸酯)、三羥甲基丙烷參硫醇乙酸酯、新戊四醇參硫醇乙酸酯、新戊四醇肆硫醇乙酸酯、二新戊四醇六硫醇乙酸酯、三羥甲基丙烷參(3-巰丙酸酯)、新戊四醇肆(3-巰丙酸酯)、參-[(3-巰丙醯氧基)-乙基]-異三聚氰酸酯、二新戊四醇六(3-巰丙酸酯)、三羥甲基丙烷參(3-巰丁酸酯)、新戊四醇肆(3-巰丁酸酯)、二新戊四醇六(3-巰丁酸酯)、三羥甲基丙烷參(2-巰異丁酸酯)、1,3,5-參(3-巰丁醯氧基乙基)-1,3,5-三-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三苯酚甲烷參(3-巰丙酸酯)、三苯酚甲烷參(3-巰丁酸酯)、三羥甲基乙烷參(3-巰丁酸酯)、2,4,6-三巰-S-三等。
硫醇化合物(C)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
本發明之負型感光性樹脂組成物係以下述方式含有硫醇化合物(C):相對於負型感光性樹脂組成物中之總固體成分所具有的乙烯性雙鍵1莫耳,該化合物所具有之巰基理想在0.0001~1莫耳,較理想在0.0005~0.5莫耳,尤其理想在0.001~0.5莫耳。含有比率若在上述範圍,即便在低曝光量下,負型感光性樹脂組成物之光硬化性及顯像性仍佳。
(撥墨劑(D))
本發明中之撥墨劑(D)具有在使用含有該撥墨劑(D)之負型感光性樹脂組成物形成硬化膜之過程中移行至上面的性質(上面移行性)及撥墨性。藉由使用撥墨劑(D),包含獲得之 硬化膜上面的上層部會成為撥墨劑(D)緊密存在之層(以下有時亦稱為「撥墨層」),並可對硬化膜上面賦予撥墨性。
就具有上述性質之撥墨劑(D)而言,從上面移行性及撥墨性之觀點看來,宜具有氟原子。
撥墨劑(D)中之氟原子的含有率在1~40質量%為佳,在5~35質量%較佳,在10~30質量%尤佳。撥墨劑(D)之氟原子的含有率若在上述範圍之下限值以上,即可對硬化膜上面賦予良好的撥墨性;若在上限值以下,與負型感光性樹脂組成物中之其他成分的相溶性即變佳。
又,撥墨劑(D)以具有乙烯性雙鍵之化合物為佳。撥墨劑(D)具有乙烯性雙鍵,藉此硫醇化合物(C)之自由基可對已移行至上面之撥墨劑(D)的乙烯性雙鍵起作用,可使得撥墨劑(D)彼此又或撥墨劑(D)與負型感光性樹脂組成物所含有之具有乙烯性雙鍵的其他成分得以(共)聚合及/或得以藉由硫醇化合物(C)進行交聯。
藉此,在使負型感光性樹脂組成物硬化而成之硬化膜的製造中,可提升撥墨劑(D)在硬化膜上層部即撥墨層中的定著性。
在本發明之負型感光性樹脂組成物中,藉由含有硫醇化合物(C),即便在曝光時的曝光量低的情況下,仍可使撥墨劑(D)充分定著於撥墨層。撥墨劑(D)具有乙烯性雙鍵之情況如上述。撥墨劑(D)不具乙烯性雙鍵時,可使以存在於撥墨劑(D)周邊之鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)為主體的光硬化成分充分進行硬化,藉此使撥墨劑(D)充分定著。
通常,乙烯性雙鍵進行自由基聚合時,硬化膜或隔壁中接於大氣之面愈容易遭受到氧所致之反應阻礙,而硫醇化合物(C)所形成的自由基反應則幾乎不受氧所致之反應阻礙,對於在低曝光量下的撥墨劑(D)之定著特別有利。此外,在隔壁製造中,進行顯像時,可充分抑制撥墨劑(D)從撥墨層脫離,或是撥墨層上面剝落。
作為撥墨劑(D),可舉如水解性矽烷化合物的部分水解縮合物。水解性矽烷化合物可1種單獨使用亦可將2種以上併用。作為由水解性矽烷化合物的部分水解縮合物所構成且具有氟原子之撥墨劑(D),具體上可舉如以下撥墨劑(D1)。作為具有氟原子之撥墨劑(D),亦可使用由主鏈為烴鏈且側鏈含有氟原子之化合物所構成的撥墨劑(D2)。
撥墨劑(D1)及撥墨劑(D2)在單獨或組合使用之本發明之負型感光性樹脂組成物中,在耐紫外線/臭氧性一點優異之觀點下,尤以使用撥墨劑(D1)為佳。
<撥墨劑(D1)>
撥墨劑(D1)係水解性矽烷化合物混合物(以下亦稱為「混合物(M)」)的部分水解縮合物。該混合物(M)含有具有氟伸烷基及/或氟烷基、與水解性基之水解性矽烷化合物(以下亦稱為「水解性矽烷化合物(s1)」)作為必須成分,並任意含有水解性矽烷化合物(s1)以外的水解性矽烷化合物。作為混合物(M)任意含有之水解性矽烷化合物,可舉如以下水解性矽烷化合物(s2)~(s5)。就混合物(M)任意含有之水解性矽烷化合物而言,以水解性矽烷化合物(s2)尤佳。
水解性矽烷化合物(s2):於矽原子鍵結有4個水解性基的水解性矽烷化合物。
水解性矽烷化合物(s3):具有具乙烯性雙鍵之基及水解性基且不含氟原子的水解性矽烷化合物。
水解性矽烷化合物(s4):僅具有烴基及水解性基作為鍵結於矽原子之基的水解性矽烷化合物。
水解性矽烷化合物(s5):具有巰基及水解性基且不含氟原子的水解性矽烷化合物。
以下,就水解性矽烷化合物(s1)~(s5)加以說明。
<1>水解性矽烷化合物(s1)
藉由使用水解性矽烷化合物(s1),撥墨劑(D1)係以氟伸烷基及/或氟烷基之形態具有氟原子,並具有優異的上面移行性及撥墨性。為了使水解性矽烷化合物(s1)所具有之該等性質成為較高水準,水解性矽烷化合物(s1)較宜具有選自於由氟烷基、全氟伸烷基及全氟烷基所構成群組中之至少1種,且以具有全氟烷基尤佳。又,含有醚性氧原子之全氟烷基亦佳。即,最適合作為水解性矽烷化合物(s1)的化合物係具有全氟烷基及/或含有醚性氧原子之全氟烷基的化合物。
作為水解性基,可舉如烷氧基、鹵素原子、醯基、異氰酸基、胺基、及胺基之至少1個氫被烷基取代之基等。從藉由水解反應而成為羥基(矽醇基)且進一步在分子間進行縮合反應而形成Si-O-Si鍵的反應容易圓滑進展之觀點看來,以碳原子數1~4之烷氧基或鹵素原子為佳,以甲氧基、乙氧基或氯原子較佳,以甲氧基或乙氧基尤佳。
水解性矽烷化合物(s1)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
作為水解性矽烷化合物(s1),以下式(dx-1)表示之化合物為佳。
(A-RF11)a-Si(RH11)bX11 (4-a-b)…(dx-1)
式(dx-1)中,各記號如以下所述。
RF11係碳原子數1~16的2價有機基,該2價有機基含有至少1個氟伸烷基且可含有醚性氧原子。
RH11係碳原子數1~6之烴基。
a為1或2,b為0或1,且a+b為1或2。
A係氟原子或下式(Ia)所示之基。
-Si(RH12)cX12 (3-c)…(Ia)
RH12係碳原子數1~6之烴基。
c為0或1。
X11及X12為水解性基。
X11存在多數個時,該等可彼此相異亦可相同。
X12存在多數個時,該等可彼此相異亦可相同。
A-RF11存在多數個時,該等可彼此相異亦可相同。
化合物(dx-1)係具有1個或2個2或3官能性之水解性矽基的含氟水解性矽烷化合物。
RH11及RH12以碳原子數1~3之烴基為佳,以甲基尤佳。
式(dx-1)中,以a為1且b為0或1尤佳。
X11及X12之具體例及理想樣態如同上述。
作為水解性矽烷化合物(s1),以下式(dx-1a)所示之化合物尤佳。
T-RF12-Q11-SiX11 3…(dx-1a)
式(dx-1a)中,各記號如以下所述。
RF12係碳原子數2~15且可含有醚性氧原子之全氟伸烷基。
T係氟原子或下式(Ib)所示之基。
-Q12-SiX12 3…(Ib)
X11及X12為水解性基。
3個X11可彼此相異亦可相同。
3個X12可彼此相異亦可相同。
Q11及Q12表示碳原子數1~10且不含氟原子之2價有機基。
式(dx-1a)中,T為氟原子時,RF12以碳原子數4~8之全氟伸烷基、或碳原子數4~10且含有醚性氧原子之全氟伸烷基為佳,以碳原子數4~8之全氟伸烷基較佳,以碳原子數6之全氟伸烷基尤佳。
又,式(dx-1a)中,T為基(Ib)時,RF12以碳原子數3~15之全氟伸烷基、或碳原子數3~15且含有醚性氧原子之全氟伸烷基為佳,以碳原子數4~6之全氟伸烷基尤佳。
RF12若為上述例示之基,撥墨劑(D1)即具有良好的撥墨性,且化合物(dx-1a)朝溶劑的溶解性佳。
就RF12之結構而言,可舉如直鏈結構、支鏈結構、環結構、及部分具有環之結構等,以直鏈結構為佳。
作為RF12之具體例,可舉如以下之基。
-(CF2)4-、-(CF2)6-、-(CF2)8-、-CF2CF2OCF2CF2OCF2-、-CF2CF2OCF2CF2OCF2CF2-、-CF2CF2OCF2CF2OCF2CF2OCF2CF2OCF2-、-CF2CF2OCF2CF2OCF2CF2OCF2CF2OCF2CF2-。
-CF2CF2CF2OCF2-、-CF2CF2CF2OCF2CF2-、-CF2CF2CF2OCF(CF3)-、-CF2CF2CF2OCF(CF3)CF2-、-CF2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2-、-CF2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)-、-CF2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CF2-、-CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)-、-CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)-。
Q11及Q12係以分別於右側鍵鍵結Si且於左側鍵鍵結RF12時來表示時,具體上以下述式表示之基為佳:-(CH2)i1-(i1係1~5之整數)、-CH2O(CH2)i2-(i2係1~4之整數)、-SO2NR1-(CH2)i3-(R1為氫原子、甲基或乙基且i3係1~4之整數,R1與(CH2)i3之碳原子數合計在4以下之整數)、或-(C=O)-NR1-(CH2)i4-(R1與上述相同,i4係1~4之整數,R1與(CH2)i4之碳原子數合計在4以下之整數)。作為Q11及Q12,以i1為2~4之整數的-(CH2)i1-較佳,以-(CH2)2-尤佳。
而,RF12係不含醚性氧原子之全氟伸烷基時,作為Q11及Q12,以-(CH2)i1-所示之基為佳。i1係2~4之整數較佳,i1為2尤佳。
RF12係含有醚性氧原子之全氟烷基時,作為Q11及Q12,以-(CH2)i1-、-CH2O(CH2)i2-、-SO2NR1-(CH2)i3-、或-(C=O)-NR1-(CH2)i4-所示之基為佳。此時,仍以-(CH2)i1-較佳,i1係2~4之整數更佳,i1為2尤佳。
T為氟原子時,作為化合物(dx-1a)之具體例,可 舉如以下化合物。
F(CF2)4CH2CH2Si(OCH3)3、F(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3、F(CF2)6CH2CH2CH2Si(OCH3)3、F(CF2)8CH2CH2Si(OCH3)3、F(CF2)3OCF(CF3)CF2O(CF2)2CH2CH2Si(OCH3)3、F(CF2)2O(CF2)2O(CF2)2CH2CH2Si(OCH3)3
T為基(Ib)時,作為化合物(dx-1a)之具體例,可舉如以下化合物。
(CH3O)3SiCH2CH2(CF2)4CH2CH2Si(OCH3)3、(CH3O)3SiCH2CH2(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3、(CH3O)3SiCH2CH2(CF2)6CH2CH2CH2Si(OCH3)3、(CH3O)3SiCH2CH2(CF2)2OCF2(CF3)CFO(CF2)2OCF(CF3)CF2O(CF2)2CH2CH2Si(OCH3)3
本發明中,作為化合物(dx-1a),其中又以F(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3、或F(CF2)3OCF(CF3)CF2O(CF2)2CH2CH2Si(OCH3)3尤佳。
混合物(M)中之水解性矽烷化合物(s1)的含有比率宜如下:由該混合物所獲得之部分水解縮合物中之氟原子的含有率在1~40質量%,較理想在5~35質量%,尤其理想在10~30質量%。水解性矽烷化合物(s1)之含有比率若在上述範圍之下限值以上,即可對硬化膜上面賦予良好的撥墨性;若在上限值以下,與該混合物中之其他水解性矽烷化合物的相溶性即佳。
<2>水解性矽烷化合物(s2)
藉由使本發明中之混合物(M)含有水解性矽烷化合物(s2),可在使含有撥墨劑(D1)之負型感光性樹脂組成物硬化而成的硬化膜中提高撥墨劑(D1)上面移行後的造膜性。即,推測由於水解性矽烷化合物(s2)中之水解性基的數量多,上面移行後撥墨劑(D1)彼此可良好地縮合而在上面整體形成一薄膜並成為撥墨層。
又,藉由使混合物(M)含有水解性矽烷化合物(s2),可使撥墨劑(D1)易於溶解於烴系溶劑。
水解性矽烷化合物(s2)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
作為水解性基,可使用與水解性矽烷化合物(s1)之水解性基相同者。
水解性矽烷化合物(s2)可以下式(dx-2)表示。
SiX2 4…(dx-2)
式(dx-2)中,X2表示水解性基,4個X2可彼此相異亦可相同。作為X2,可使用與前述X11及X12相同之基。
作為化合物(dx-2)之具體例,可舉如以下化合物。又,作為化合物(dx-2),亦可因應需求使用預先將其多數個部分水解縮合而得的部分水解縮合物。
Si(OCH3)4、Si(OC2H5)4;Si(OCH3)4之部分水解縮合物(例如,COLCOAT公司製METHYLSILICATE 51(商品名));Si(OC2H5)4之部分水解縮合物(例如,COLCOAT公司製 ETHYLSILICATE 40、ETHYLSILICATE 48(皆為商品名))。
相對於水解性矽烷化合物(s1)1莫耳,混合物(M)中之水解性矽烷化合物(s2)的含有比率在0.01~5莫耳為佳,在0.05~3莫耳尤佳。含有比率若在上述範圍之下限值以上,撥墨劑(D1)之造膜性即佳;若在上限值以下,撥墨劑(D1)之撥墨性即佳。
<3>水解性矽烷化合物(s3)
藉由使本發明中之混合物(M)含有水解性矽烷化合物(s3),可經由具有乙烯性雙鍵之基來使撥墨劑(D1)彼此(共)聚合、或使撥墨劑(D1)與負型感光性樹脂組成物所含有之具有乙烯性雙鍵的其他成分(共)聚合,謂為理想。藉此,如同上述說明,可獲得提高撥墨層中之撥墨劑(D1)之定著性的效果。
水解性矽烷化合物(s3)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
作為水解性基,可使用與水解性矽烷化合物(s1)之水解性基相同者。
作為具有乙烯性雙鍵之基,以(甲基)丙烯醯氧基或乙烯基苯基為佳,(甲基)丙烯醯氧基尤佳。
作為水解性矽烷化合物(s3),以下式(dx-3)所示之化合物為佳。
(Y-Q3)g-Si(RH3)hX3 (4-g-h)…(dx-3)
式(dx-3)中之記號如以下所述。
Y係具有乙烯性雙鍵之基。
Q3係碳原子數1~6且不含氟原子之2價有機基。
RH3係碳原子數1~6之烴基。
X3為水解性基。
g為1或2,h為0或1,且g+h為1或2。
Y-Q3存在多數個時,該等可彼此相異亦可相同。
X3存在多數個時,該等可彼此相異亦可相同。
作為RH3,可使用與前述RH11及RH12相同之基。
作為X3,可使用與前述X11及X12相同之基。
作為Y,以(甲基)丙烯醯氧基或乙烯基苯基為佳,(甲基)丙烯醯氧基尤佳。
作為Q3之具體例,可舉如碳原子數2~6之伸烷基、伸苯基等。其中又以-(CH2)3-為佳。
g為1且h為0或1為佳。
化合物(dx-3)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
作為化合物(dx-3)之具體例,可舉如以下化合物。
CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(OCH3)3、CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(OC2H5)3、CH2=CHCOO(CH2)3Si(OCH3)3、CH2=CHCOO(CH2)3Si(OC2H5)3、[CH2=C(CH3)COO(CH2)3]CH3Si(OCH3)2、[CH2=C(CH3)COO(CH2)3]CH3Si(OC2H5)2
相對於水解性矽烷化合物(s1)1莫耳,混合物(M)中之水解性矽烷化合物(s3)的含有比率在0.1~5莫耳為佳,在0.5~4莫耳尤佳。含有比率若在上述範圍之下限值 以上,撥墨劑(D1)之上面移行性即佳,又,在上面移行後,於包含上面的撥墨層中,撥墨劑(D1)之定著性佳,此外撥墨劑(D1)之貯藏穩定性佳。若在上限值以下,撥墨劑(D1)之撥墨性即佳。
<4>水解性矽烷化合物(s4)
在本發明之混合物(M)中使用水解性矽烷化合物(s2)時,在使負型感光性樹脂組成物硬化而成之隔壁中,有時會在其上面之端部形成隆起。其係可藉由掃描型電子顯微鏡(SEM)等觀察之水準的微小物。本發明人確認在該隆起中F及/或Si之含量多於其他部分。
上述隆起以隔壁等來說並不會特別引起障礙,而本發明人發現藉由將水解性矽烷化合物(s2)之一部分取代成水解性基數少的水解性矽烷化合物(s4),可抑制上述隆起之產生。
藉由因水解性基數多的水解性矽烷化合物(s2)而生成之矽醇基彼此的反應,可增加撥墨劑(D1)之造膜性。然而,認為正因其高反應性方引發上述隆起。爰此,認為藉由將水解性矽烷化合物(s2)之一部分取代成水解性基數少的水解性矽烷化合物(s4),可抑制矽醇基彼此的反應,進而抑制上述隆起之產生。
水解性矽烷化合物(s4)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
作為水解性基,可使用與水解性矽烷化合物(s1)之水解性基相同者。
作為水解性矽烷化合物(s4),以下式(dx-4)所示之化合物為佳。
(RH4)j-SiX4 (4-j)…(dx-4)
式(dx-4)中,各記號如以下所述。
RH4係碳原子數1~20之烴基。
X4為水解性基。
j為1~3之整數,理想為2或3。
RH4存在多數個時,該等可彼此相異亦可相同。
X4存在多數個時,該等可彼此相異亦可相同。
作為RH4,當j為1時,可舉如碳原子數1~20之脂肪族烴基或碳原子數6~10之芳香族烴基,且以碳原子數1~10之烷基、苯基等為佳。當j為2或3時,RH4以碳原子數1~6之烴基為佳,以碳原子數1~3之烴基較佳。
作為X4,可使用與前述X11及X12相同之基。
作為化合物(dx-4)之具體例,可舉如以下化合物。而,式中Ph表示苯基。
(CH3)3-Si-OCH3、(CH3CH2)3-Si-OC2H5、(CH3)3-Si-OC2H5、(CH3CH2)3-Si-OCH3、(CH3)2-Si-(OCH3)2、(CH3)2-Si-(OC2H5)2、(CH3CH2)2-Si-(OC2H5)2、(CH3CH2)2-Si-(OCH3)2、Ph-Si(OC2H5)3、C10H21-Si(OCH3)3
相對於水解性矽烷化合物(s1)1莫耳,混合物(M)中之水解性矽烷化合物(s4)的含有比率在0.05~5莫耳為佳,在0.3~3莫耳尤佳。含有比率若在上述範圍之下限值以上,可抑制隔壁上面之端部隆起。若在上限值以下,撥墨 劑(D1)之撥墨性即佳。
<5>水解性矽烷化合物(s5)
藉由使用水解性矽烷化合物(s5),在負型感光性樹脂組成物,可在較低曝光量下進行硬化。認為是因為水解性矽烷化合物(s5)中之巰基具有鏈轉移性,在上述鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)或撥墨劑(D1)具有乙烯性雙鍵時,容易與撥墨劑(D1)本身具有的乙烯性雙鍵等鍵結,進而促進光硬化所致。
又,含巰基之水解性矽烷化合物(s5)的pKa在10左右,在鹼溶液中容易脫質子即解離。在此係以pKa=-log10Ka表示,式中Ka表示酸解離常數。所以,認為巰基可提高負型感光性樹脂組成物在顯像時的鹼可溶性。
水解性矽烷化合物(s5)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
作為水解性基,可使用與水解性矽烷化合物(s1)之水解性基相同者。
作為水解性矽烷化合物(s5),以下式(dx-5)表示之化合物為佳。
(HS-Q5)p-Si(RH5)qX5 (4-p-q)…(dx-5)
式(dx-5)中,各記號如以下所述。
Q5係碳原子數1~10且不含氟原子之2價有機基。
RH5係碳原子數1~6之烴基。
X5為水解性基。
p為1或2,q為0或1,且p+q為1或2。
HS-Q5存在多數個時,該等可彼此相異亦可相同。
X5存在多數個時,該等可彼此相異亦可相同。
作為X5,可使用與前述X11及X12相同之基。
作為Q5,以碳原子數1~10之伸烷基為佳,以碳原子數1~5之伸烷基較佳,以碳原子數1~3之伸烷基尤佳。
作為RH5,可使用與前述RH11及RH12相同之基。
作為化合物(dx-5)之具體例,可舉如HS-(CH2)3-Si(OCH3)3、HS-(CH2)3-Si(CH3)(OCH3)2等。
相對於水解性矽烷化合物(s1)1莫耳,混合物(M)中之水解性矽烷化合物(s5)的含有比率在0.125~18莫耳為佳,在0.125~8莫耳尤佳。含有比率若在上述範圍之下限值以上,在負型感光性樹脂組成物中可在較低曝光量下進行硬化。又,可提高鹼可溶性且顯像性良好。若在上限值以下,撥墨劑(D1)之撥墨性即佳。
<6>其他水解性矽烷化合物
混合物(M)可任意含有1種或2種以上水解性矽烷化合物(s1)~(s5)以外的水解性矽烷化合物。
作為其他水解性矽烷化合物,可舉如具有氧伸烷基及水解性基且不含氟原子的水解性矽烷化合物。具體上,可舉如CH3O(C2H4O)kSi(OCH3)3(含聚氧伸乙基之三甲氧矽烷)(在此,k為例如約10)等。
<7>撥墨劑(D1)
撥墨劑(D1)係混合物(M)的部分水解縮合物。
作為撥墨劑(D1)之一例,於下式(II)顯示撥墨劑(D11) 之平均組成式,該撥墨劑(D11)係含有化合物(dx-1a)並任意含有化合物(dx-2)~(dx-5),且化合物(dx-1a)中之基T為氟原子的混合物(M)之部分水解縮合物。
[T-RF12-Q11-SiO3/2]n1‧[SiO2]n2‧[(Y-Q3)g-Si(RH3)hSiO(4-g-h)/2]n3[(RH4)j-SiO(4-j)/2]n4‧[(HS-Q5)p-Si(RH5)qO(4-p-q)/2]n5…(II)
式(II)中,n1~n5表示各構成單元相對於構成單元之合計莫耳量的莫耳分率。n1>0、n2≧0、n3≧0、n4≧0、n5≧0且n1+n2+n3+n4+n5=1。其他各符號則如同上述。惟,T為氟原子。
而,撥墨劑(D11)實際上係水解性基或矽醇基殘存的生成物(部分水解縮合物),因此很難以化學式表示該生成物。
式(II)所示之平均組成式係在撥墨劑(D11)中假設水解性基或矽醇基全部成為矽氧烷鍵之情況下的化學式。
又,式(II)中,分別源自化合物(dx-1a)、(dx-2)~(dx-5)的單元推測係呈無規配列。
式(II)所示之平均組成式中的n1:n2:n3:n4:n5與混合物(M)中之化合物(dx-1a)及(dx-2)~(dx-5)的饋入組成一致。
各成分之莫耳比係從各成分的效果平衡來設計。
在撥墨劑(D11)中之氟原子含有率成為上述理想範圍之量中,n1以0.02~0.4為佳,0.02~0.3尤佳。
n2以0~0.98為佳,0.05~0.6尤佳。
n3以0~0.8為佳,0.2~0.5尤佳。
n4以0~0.5為佳,0.05~0.3尤佳。
n5以0~0.9為佳,0.05~0.8較佳,0.05~0.4尤佳。
而,上述各成分的理想莫耳比與化合物(dx-1a)中之T為基(Ib)之情況相同。
又,上述各成分的理想莫耳比在混合物(M)含有水解性矽烷化合物(s1)且任意含有水解性矽烷化合物(s2)~(s5)之情況下仍同樣可適用。即,用以獲得撥墨劑(D1)的混合物(M)中之水解性矽烷化合物(s1)~(s5)的理想饋入量各自相當於上述n1~n5的理想範圍。
撥墨劑(D1)之質量平均分子量(Mw)在500以上為佳,低於1,000,000為佳,低於10,000尤佳。
質量平均分子量(Mw)若在下限值以上,使用負型感光性樹脂組成物形成硬化膜時,撥墨劑(D1)易於上面移行。若低於上限值,則撥墨劑(D1)對溶劑的溶解性即佳。
撥墨劑(D1)之質量平均分子量(Mw)可依製造條件調節。
撥墨劑(D1)可藉由公知方法使上述混合物(M)進行水解及縮合反應而製造。
於該反應宜使用通常使用的鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸等無機酸、或乙酸、草酸、馬來酸等有機酸作為觸媒。又,亦可因應需求使用氫氧化鈉、氫氧化四甲銨(TMAH)等鹼觸媒。
於上述反應可使用公知溶劑。
在上述反應中獲得的撥墨劑(D1)亦可與溶劑一起以溶 液性狀摻混於負型感光性樹脂組成物。
<撥墨劑(D2)>
撥墨劑(D2)係主鏈為烴鏈且含有具氟原子之側鏈的化合物。撥墨劑(D2)之質量平均分子量(Mw)在100~1,000,000為佳,在5,000~100,000尤佳。質量平均分子量(Mw)若在下限值以上,使用負型感光性樹脂組成物來形成硬化膜時,撥墨劑(D2)便易於上面移行。若低於上限值,撥墨劑(D2)對溶劑的溶解性即佳。
撥墨劑(D2)以含有具有可含醚性氧原子之氟烷基及/或可含醚性氧原子之氟烷基的側鏈之聚合物為佳。
氟烷基可為直鏈狀亦可為支鏈狀。
作為不含醚性氧原子之氟烷基的具體例,可舉如以下結構。
-CF3、-CF2CF3、-CF2CHF2、-(CF2)2CF3、-(CF2)3CF3、-(CF2)4CF3、-(CF2)5CF3、-(CF2)6CF3、-(CF2)7CF3、-(CF2)8CF3、-(CF2)9CF3、-(CF2)11CF3、-(CF2)15CF3
作為含有醚性氧原子之氟烷基的具體例,可舉如以下結構。
-CF(CF3)O(CF2)5CF3、-CF2O(CF2CF2O)r1CF3、-CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)r2C6F13、-CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)r3C3F7
上述式中,r1為1~8之整數,r2為1~4之整數,r3為1~5之整數。
作為氟烷基,在撥墨性變佳之觀點下,以全氟烷基為佳。
氟烷基之碳原子數以4~15為佳,4~12較佳。氟烷基之碳原子數只要在4~15,撥墨性即佳,又製造撥墨劑(D2)時,具有氟烷基之單體與後述該單體以外之單體的相溶性即佳。
作為撥墨劑(D2),以具有含氟烷基之聚合單元的聚合物為佳。具有氟烷基的聚合單元宜藉由使具氟烷基之聚合性單體聚合而導入至聚合物。又,亦可藉由使適宜的化合物對具有反應部位的聚合物進行反應之各種改質方法,將氟烷基導入至聚合物。
作為構成撥墨劑(D2)主鏈的烴鏈,具體上可舉由主鏈-Ph-CH2-(惟,「Ph」表示苯骨架)的重複單元所構成之酚醛型主鏈等,該主鏈-Ph-CH2-係以具有乙烯性雙鍵之單體聚合而獲得者。
在以具有乙烯性雙鍵之單體聚合來獲得撥墨劑(D2)時,可使具有乙烯性雙鍵並具有氟烷基之單體單獨聚合,或可因應需求使其與其他具有乙烯性雙鍵之單體聚合。
以下,就撥墨劑(D2)之主鏈係以具有乙烯性雙鍵之單體聚合而獲得之主鏈的情況加以說明。
作為具有乙烯性雙鍵並具有氟烷基之單體,可舉如CH2=CR4COOR5Rf、CH2=CR4COOR6NR4SO2Rf、CH2=CR4COOR6NR4CORf、CH2=CR4COOCH2CH(OH)R5Rf、CH2=CR4CR4=CFRf等。
上述式中,分別為:Rf表示氟烷基,R4表示氫原子、氟原子以外之鹵素原子或甲基,R5表示單鍵或碳數1~6之2價有機基,R6表示碳數1~6之2價有機基。Rf所示之氟烷基的理想態樣如同上述。作為R4所示之鹵素原子,以氯原子為佳。
作為R5及R6之具體例,可舉如-CH2-、-CH2CH2-、-CH(CH3)-、-CH2CH2CH2-、-C(CH3)2-、-CH(CH2CH3)-、-CH2CH2CH2CH2-、-CH(CH2CH2CH3)-、-CH2(CH2)3CH2-、CH(CH2CH(CH3)2)-等。
上述聚合性單體可單獨使用1種亦可將2種以上併用。
撥墨劑(D2)在鹼可溶性變佳之觀點下,以含有具酸性基之側鏈的聚合物為佳。
而,亦可使具有氟烷基之側鏈含有酸性基。又,有別於具氟烷基之側鏈,亦可為具有酸性基且不具氟烷基之側鏈。
作為酸性基,以選自於由羧基、酚性羥基及磺基所構成群組中之至少1種酸性基或其鹽為佳。
撥墨劑(D2)在具有光交聯性並使負型感光性樹脂組成物硬化而成之硬化膜的製造過程中,在硬化膜之上層部彼此鍵結或與具有負型感光性樹脂組成物所含有之乙烯性雙鍵的其他成分鍵結,藉此可提升撥墨劑(D2)之定著性,在此觀點下,撥墨劑(D2)以含有具乙烯性雙鍵之側鏈的聚合物為佳。
1個側鏈含有2以上之乙烯性雙鍵的聚合物尤佳。
而,亦可使具有氟烷基之側鏈含有乙烯性雙鍵。又, 有別於具有氟烷基之側鏈,亦可為具有乙烯性雙鍵且不具氟烷基之側鏈。作為具有乙烯性雙鍵之基,以(甲基)丙烯醯氧基或乙烯基苯基為佳,(甲基)丙烯醯氧基尤佳。
撥墨劑(D2)亦可為含有具氧伸烷基之側鏈的聚合物。亦可在多數個氧伸烷基連結而成的聚氧伸烷基鏈(POA鏈)之形態下含有氧伸烷基。
氧伸烷基本身雖不具光交聯性,但具有氧伸烷基之撥墨劑(D2)亦與具有乙烯性雙鍵之情況同樣地,可在硬化膜之製造過程中在上層部彼此鍵結或與負型感光性樹脂組成物含有之其他成分鍵結,而提升撥墨劑(D2)之定著性。由於氧伸烷基具有親水性,故亦有提高相對於顯像液之濕潤性的效果。
而,亦可使具有氟烷基之側鏈含有氧伸烷基。又,有別於具有氟烷基之側鏈,亦可為具有氧伸烷基且不具氟烷基之側鏈。
撥墨劑(D2)可含有具酸性基之側鏈、具乙烯性雙鍵之側鏈、及具氧伸烷基之側鏈中之1種以上側鏈。亦可於1個側鏈含有酸性基、乙烯性雙鍵及氧伸烷基中之2種以上。
撥墨劑(D2)可含有具酸性基之側鏈、具乙烯性雙鍵之側鏈、及具氧伸烷基之側鏈以外且具有任意基的側鏈。
作為具酸性基且不具氟烷基之側鏈的導入方法,以使具氟烷基之單體、與具有酸性基且不具氟烷基之單體共聚合之方法為佳。又,亦可藉由使適宜的化合物對具有反應部位之聚合物進行反應的各種改質方法,將酸性 基導入至聚合物。
作為具羧基之單體,可舉如(甲基)丙烯酸、乙烯乙酸、巴豆酸、伊康酸、馬來酸、延胡索酸、桂皮酸、及該等之鹽等。該等可單獨使用亦可將2種以上併用。
作為具有酚性羥基之單體,可舉如鄰羥苯乙烯、間羥苯乙烯、對羥苯乙烯等。又,可舉如該等苯環之1個以上氫原子被甲基、乙基、正丁基等烷基、甲氧基、乙氧基、正丁氧基等烷氧基、鹵素原子、烷基之1個以上氫原子被鹵素原子取代之鹵烷基、硝基、氰基、或醯胺基取代的化合物。
作為具有磺基之單體,可舉如乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、2-羥-3-(甲基)烯丙氧基丙烷磺酸、(甲基)丙烯酸-2-磺乙酯、(甲基)丙烯酸-2-磺丙酯、2-羥-3-(甲基)丙烯醯氧基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸、及該等之鹽等。
作為藉由使適宜的化合物對具有反應部位之聚合物反應的各種改質方法將羧基導入至聚合物之方法,可舉如:(1)預先使具有羥基之單體共聚合後,使酸酐進行反應之方法;及(2)預先使具有乙烯性雙鍵之酸酐共聚合後,使具有羥基之化合物進行反應之方法等。
作為具有羥基之單體的具體例,可舉如(甲基)丙烯酸2-羥乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥丙酯、3-羥丙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸4-羥丁酯、(甲基)丙烯酸5-羥戊酯、(甲基)丙烯酸6-羥己酯、(甲基)丙烯酸4-羥環己酯、新戊二醇單(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸3-氯-2-羥丙酯、甘油單(甲 基)丙烯酸酯、2-羥乙基乙烯基醚、4-羥丁基乙烯基醚、環己二醇單乙烯基醚、2-羥乙基烯丙基醚、N-羥甲基(甲基)丙烯醯胺、N,N-雙(羥甲基)(甲基)丙烯醯胺等。該等可單獨使用亦可將2種以上併用。
具有羥基之單體亦可為具有末端為羥基之聚氧伸烷基鏈(POA鏈)的單體。
可舉如:CH2=CHOCH2C6H10CH2O(C2H4O)k1H、CH2=CHOC4H8O(C2H4O)k1H、CH2=CHCOOC2H4O(C2H4O)k1H、CH2=C(CH3)COOC2H4O(C2H4O)k1H、CH2=CHCOOC2H4O(C2H4O)k2(C3H6O)k3H、CH2=C(CH3)COOC2H4O(C2H4O)k2(C3H6O)k3H等。該等可單獨使用亦可將2種以上併用。
上述式中,k1為1~100之整數,k2為0~100之整數,k3為1~100之整數,及k2+k3為1~100。
作為酸酐,可舉如1分子中具有2個以上羧基之化合物的酸酐。舉如有三甲基乙酸酐、偏苯三酸酐等。又,可舉如馬來酸酐、伊康酸酐、檸康酸酐、酞酸酐、3-甲基酞酸酐、甲基-5-降莰烯-2,3-二羧酸酐、3,4,5,6-四氫酞酸酐、順-1,2,3,6-四氫酞酸酐、2-丁烯-1-基琥珀酸酐等具有乙烯性雙鍵之酸酐。該等可單獨使用亦可將2種以上併用。
作為具有羥基之化合物,只要是具有1個以上羥基之化合物即可,可舉如前述所示之具有羥基之單體的具體例,如:乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、乙二醇等醇類;2-甲氧乙醇、2-乙氧乙醇及2-丁氧乙醇等賽璐蘇類;及2-(2-甲氧乙氧基)乙醇、2-(2-乙氧乙氧基)乙醇、2-(2-丁氧乙氧 基)乙醇等卡必醇類。其中又以分子內具有1個羥基之化合物為佳。該等可單獨使用亦可將2種以上併用。
依據上述方法,可導入含酸性基之側鏈、含酸性基及乙烯性雙鍵之側鏈、或含酸性基及氧伸烷基之側鏈。
不含羥基及酸性基且具有聚氧伸烷基鏈(POA鏈)之單體亦可使用例如下式(POA-1)或(POA-2)所示之單體。
CH2=CR71-COO-W-(R72-O)k4-R73…(POA-1)
CH2=CR71-O-W-(R72-O)k4-R73…(POA-2)
(R71係氫原子、氯原子、溴原子、碘原子、氰基、碳數1~20之烷基、碳數7~20之被芳基取代的烷基、碳數6~20之芳基、或碳數3~20之環烷基。
R72係碳原子數1~5之伸烷基。R73係碳原子數1~4之烷基。W係單鍵或碳數為1~10且不具氟原子之2價有機基。k4係6~30之整數。)
此外,藉由因應期望組成來適宜選擇公知的單體及反應,可以含有下述側鏈之聚合物而獲得撥墨劑(D2):含有具酸性基之側鏈、具乙烯性雙鍵之側鏈、及具氧伸烷基之側鏈中之1種或2種以上側鏈,且含有具氟原子之側鏈,理想係具有可含有醚性氧原子之氟烷基及/或可含有醚性氧原子之氟烷基的側鏈。
而,此時,宜適當調整使用之單體的摻混比率,以使撥墨劑(D2)中之氟原子含有率在上述理想範圍。
撥墨劑(D2)之主鏈係由-Ph-CH2-之重複單元所構成之酚醛型主鏈時,通常,構成主鏈之苯骨架(Ph)具有具 氟原子之側鏈,且鍵結有任意具酸性基之基、具乙烯性雙鍵之基、氧伸烷基等的聚合物係作為撥墨劑(D2)使用。上述具有氟原子之側鏈理想係具有可含有醚性氧原子之氟烷基及/或可含有醚性氧原子之氟烷基的側鏈。有關具有酸性基、乙烯性雙鍵之基、氧伸烷基等,可舉如同上述所說明以具有具乙烯性雙鍵之單體聚合而獲得之主鏈的撥墨劑(D2)之情況者。
而,此時亦宜將撥墨劑(D2)進行分子設計,以使撥墨劑(D2)中之氟原子含有率在上述理想範圍。
上述撥墨劑(D2)可藉由將上述各基已預先導入至苯骨架的單體加以聚合而製造,亦可藉由在獲得具有反應部位具體上如羥基、胺基、巰基、碸酸基、羧酸基、羰基、乙烯性雙鍵等之聚合物後,使適宜的化合物對該反應部位進行反應之改質方法,將上述各基導入至聚合物。
負型感光性樹脂組成物中之總固體成分中的撥墨劑(D)含有比率在0.01~15質量%為佳,在0.01~5質量%較佳,在0.03~1.5質量%尤佳。含有比率若在上述範圍之下限值以上,由負型感光性樹脂組成物形成之硬化膜的上面即具有優異的撥墨性。若在上述範圍之上限值以下,硬化膜與基材之密著性即佳。
(交聯劑(E))
本發明之負型感光性樹脂組成物任意含有的交聯劑(E)係1分子中具有2個以上乙烯性雙鍵且不具酸性基的化合物。藉由負型感光性樹脂組成物含有交聯劑(E),可提升曝 光時負型感光性樹脂組成物的硬化性,且在低曝光量下仍可形成硬化膜。
作為交聯劑(E),可舉如:二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二三羥甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、乙氧化異三聚氰酸三(甲基)丙烯酸酯、參-(2-丙烯醯氧基乙基)異三聚氰酸酯、ε-己內醯胺改質參-(2-丙烯醯氧基乙基)異三聚氰酸酯、丙烯酸月桂酯等。
由光反應性之觀點看來,宜具有多數乙烯性雙鍵。例如,以新戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二三羥甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、乙氧化異三聚氰酸三(甲基)丙烯酸酯或丙烯酸月桂酯為佳。
交聯劑(E)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
負型感光性樹脂組成物中之總固體成分中的交聯劑(E)含有比率在10~60質量%為佳,在20~55質量%尤佳。
(溶劑(F))
本發明之負型感光性樹脂組成物藉由含有溶劑(F)可減低黏度,使負型感光性樹脂組成物可輕易地塗佈至基材表面。其結果,可形成均勻膜厚的負型感光性樹脂組成物之塗膜。
作為溶劑(F),可使用公知溶劑。溶劑(F)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
作為溶劑(F),可舉如伸烷基二醇烷基醚類、伸烷基二醇烷基醚乙酸酯類、醇類、溶劑油類等。其中,又以選自於由伸烷基二醇烷基醚類、伸烷基二醇烷基醚乙酸酯類、及醇類所構成群組中之至少1種溶劑為佳,且以選自於由丙二醇單甲基醚乙酸酯、丙二醇單甲基醚、二乙二醇乙基甲基醚、及2-丙醇所構成群組中之至少1種溶劑更佳。
相對於組成物總量,負型感光性樹脂組成物中之溶劑(F)含有比率在50~99質量%為佳,在60~95質量%較佳,在65~90質量%尤佳。
(著色劑(G))
本發明之負型感光性樹脂組成物因應用途對硬化膜尤其是隔壁賦予遮光性時,含有著色劑(G)。
作為著色劑(G),可舉如碳黑、苯胺黑、蒽醌系黑色顏料、苝系黑色顏料等。具體上可舉如C.I.色料黑1、6、7、12、20、31等。亦可使用紅色顏料、藍色顏料、綠色顏料等有機顏料及/或無機顏料的混合物。
著色劑(G)可1種單獨使用亦可將2種以上併用。
本發明之負型感光性樹脂組成物含有著色劑(G)時,總固體成分中之著色劑(G)含有比率在15~65質量%為佳,在20~50質量%尤佳。若在上述範圍,獲得之負型感光性樹脂組成物的感度即佳,又形成之隔壁具優異的遮光性。
(其他成分)
本發明中之負型感光性樹脂組成物更可因應需求含有1種或2種以上之熱交聯劑、高分子分散劑、分散助劑、矽 烷耦合劑、微粒子、磷酸化合物、硬化促進劑、增黏劑、塑化劑、消泡劑、調平劑、抗縮孔劑、紫外線吸收劑等其他添加劑。
本發明之負型感光性樹脂組成物係混合預定量的上述各成分而獲得。
依據本發明之負型感光性樹脂組成物,可製造上面具有良好撥墨性的硬化膜,尤其是隔壁。又,撥墨劑(D)大部分充分定著在撥墨層,而以低濃度存在於比撥墨層更下方部分的隔壁之撥墨劑(D)亦因隔壁有充分光硬化,所以顯像時撥墨劑(D)難以遷移(migrate)至被隔壁包圍的開口部內。即,藉由使用本發明之負型感光性樹脂組成物,可獲得可均勻塗佈印墨的開口部。
[第2實施形態之樹脂硬化膜及隔壁]
本發明之第2實施形態的樹脂硬化膜可使用上述本發明之負型感光性樹脂組成物來形成。本發明之第2實施形態的樹脂硬化膜例如可於基板等基材表面塗佈本發明之負型感光性樹脂組成物,並因應需求進行乾燥、除去溶劑等後,進行曝光使其硬化而獲得。
使用本發明之負型感光性樹脂組成物而形成在基板上的樹脂硬化膜,在利用XPS之組成分析中,具備上述(I)及(II)之特性作為包含表面之表層特性,而納入在本發明之第1實施形態的樹脂硬化膜範疇。
本發明之隔壁係形成為將基板表面區隔成點形成用之多數區塊的形態且由上述本發明之樹脂硬化膜所構 成之隔壁。隔壁例如在上述樹脂硬化膜之製造中,曝光前於將成為點形成用區塊的部分施予遮罩(masking)並加以曝光後,進行顯像而獲得。藉由顯像,利用遮罩除去非曝光的部分,使對應點形成用區塊的開口部與隔壁一起形成。
以下,利用圖3A~3D說明本發明實施形態之隔壁的製造方法一例,惟隔壁之製造方法不受以下限定。
而,以下之製造方法係以負型感光性樹脂組成物含有溶劑(F)者來說明。
如圖3A所示,於基板1之一主面整體塗佈負型感光性樹脂組成物而形成塗膜21。此時,塗膜21中有撥墨劑(D)整體溶解且均勻分散。而,圖3A中,撥墨劑(D)係以示意表示,實際上並非以圖示之粒子形狀存在。
接下來,如圖3B所示,使塗膜21乾燥而製成乾燥膜22。就乾燥方法而言,可舉如加熱乾燥、減壓乾燥、減壓加熱乾燥等。雖依溶劑(F)種類而異,但在加熱乾燥的情況下加熱溫度在50~120℃為佳,在70~120℃較佳。
在該乾燥過程中,撥墨劑(D)會移行至乾燥膜的上層部。而,即便在負型感光性樹脂組成物不含溶劑(F)的情況下,仍會在塗膜內同樣地達成撥墨劑(D)之上面移行。
接下來,如圖3C所示,隔著光罩30對乾燥膜22照射光以進行曝光,該光罩30具有形狀相當於被隔壁包圍之開口部的遮罩部31。使乾燥膜22曝光後之膜稱為曝光膜23。曝光膜23中,曝光部23A會進行光硬化,而非曝光部23B則係與乾燥膜22同樣之狀態。
就進行照射之光而言,可舉如:可見光;紫外線;遠紫外線;KrF準分子雷射光、ArF準分子雷射光、F2準分子雷射光、Kr2準分子雷射光、KrAr準分子雷射光、Ar2準分子雷射光等準分子雷射光;X射線;及電子射線等。
就進行照射之光而言,以波長100~600nm之光為佳,300~500nm之光較佳,含有i線(365nm)、h線(405nm)或g線(436nm)之光尤佳。又,亦可因應需求截斷330nm以下之光。
就曝光方式,可舉如整面一次曝光、掃描曝光等。亦可分多數回對同一處進行曝光。此時,多數次之曝光條件可相同亦可不同。
曝光量在上述任一曝光方式中,皆係以例如5~1,000mJ/cm2為佳,5~500mJ/cm2較佳,5~300mJ/cm2更佳,5~200mJ/cm2尤佳,5~50mJ/cm2最佳。而,曝光量可依進行照射之光的波長、負型感光性樹脂組成物之組成、塗膜厚度等適宜適當化。
每單位面積的曝光時間無特別限制,可從使用之曝光裝置的曝光功率及所需的曝光量等來設計。而,在掃描曝光之情況下,可從光的掃描速度來求算曝光時間。
每單位面積的曝光時間通常在0.01~60秒左右,理想在0.1~30秒。
接下來,如圖3D所示,進行利用鹼顯像液之顯像而形成僅由與曝光膜23之曝光部23A對應之部位所構成的隔壁4。被隔壁4包圍的開口部5在曝光膜23中係非曝光部23B所存在之部位,圖3D係顯示藉由顯像而除去非曝光部 23B後的狀態。非曝光部23B如上述說明會在撥墨劑(D)移行至上層部且在其更下層幾乎不存在撥墨劑(D)之狀態下被鹼顯像液溶解、除去,因此撥墨劑(D)幾乎不會殘存在開口部5。
而,在圖3D所示之隔壁4中,包含其上面的最上層係撥墨層4A。撥墨劑(D)不具有具乙烯性雙鍵之側鏈時,在曝光時撥墨劑(D)會直接以高濃度存在於最上層而成為撥墨層。曝光時,存在於撥墨劑(D)周邊的鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)與硫醇化合物(C)、及進一步任意含有之其以外的光硬化成分會堅固地光硬化,且撥墨劑(D)定著於撥墨層。
撥墨劑(D)具有具乙烯性雙鍵之側鏈時,撥墨劑(D)會彼此及/或與鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)、硫醇化合物(C)、其他光硬化成分等一起光硬化,而形成撥墨劑(D)堅固地鍵結之撥墨層4A。
在上述任一情況下,皆會在撥墨層4A下側形成層4B,該層4B主要是鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)與硫醇化合物(C)、及進一步任意含有之其以外的光硬化成分光硬化且幾乎不含有撥墨劑(D)之層。
如此一來,撥墨劑(D)可充分定著在包含撥墨層4A及其下部層4B之隔壁,因此顯像時幾乎不會遷移至開口部。
顯像後,亦可將隔壁4進一步加熱。加熱溫度在130~250℃為佳,在150~240℃較佳。藉由加熱,可使隔壁4之硬化更為堅固。又,撥墨劑(D)可更堅固地定著於撥 墨層4A內。
以上述方法而製得之本發明之樹脂硬化膜及隔壁4即便在低曝光量下進行曝光,上面仍具有良好的撥墨性。又,在隔壁4中,顯像後撥墨劑(D)幾乎不會存在於開口部5,可充分確保開口部5中之印墨的均勻塗敷性。
而,在更確實獲得開口部5之親墨性的目的下,亦可在上述加熱後對附隔壁4之基板1施予紫外線/臭氧處理,以除去可能存在於開口部5之負型感光性樹脂組成物的顯像殘渣等。
由本發明之負型感光性樹脂組成物所形成的隔壁例如以寬在100μm以下為佳,在60μm以下尤佳。其中又以5~50μm最佳。
又,鄰接之隔壁間的距離(圖案之寬度)在300μm以下為佳,在250μm以下尤佳。其中又以3~200μm最佳。隔壁之高度在0.05~50μm為佳,在0.2~10μm尤佳。
本發明之隔壁以IJ法進行圖案印刷時,可利用來作為以其開口部為印墨注入區域的隔壁。以IJ法進行圖案印刷時,只要以其開口部與期望之印墨注入區域一致的方式來形成使用本發明之隔壁,由隔壁上面具有良好的撥墨性之觀點看來即可抑制印墨注入至超過隔壁且非期望的開口部。又,被隔壁包圍之開口部具有良好的印墨濕潤擴散性,因此可使印墨不產生白斑等且均勻地印刷至期望的區域。
使用本發明之隔壁,即可如上述精巧地進行利用IJ法之圖案印刷。因此,本發明之隔壁可有效地作為以IJ 法形成點且基板表面具有多數點及位在鄰接之點間的隔壁之光學元件之隔壁。
[光學元件]
本發明之光學元件係基板表面具有多數點及位在鄰接之點間的上述本發明之隔壁的光學元件。本發明之光學元件中,點以IJ法形成為佳。
以下,將以藉由IJ法製造本發明實施形態之光學元件的情況為例加以說明。而,本發明之光學元件的製造方法不受以下限定。
圖4A~4B係示意表示使用如上述圖3D所示之形成在基板1上的隔壁4,來製造光學元件之方法。在此,基板1上的隔壁4係以開口部5與欲製造之光學元件的點圖案一致的方式所形成者。
如圖4A所示,於被隔壁4包圍之開口部5從噴墨頭9滴下印墨10,並於開口部5注入預定量的印墨10。作為印墨,可配合點之機能適當選擇使用作為光學元件用的公知印墨。
接下來,依所使用之印墨10的種類,例如施予乾燥及/或加熱等處理以進行溶劑之除去或硬化,並如圖4B所示,獲得以鄰接在隔壁4之形態而形成有期望之點11的光學元件12。
本發明之光學元件係以利用本發明之隔壁,而可在製造過程中使印墨無參差地且均勻地濕潤擴散至被隔壁區隔之開口部,並藉此具有以良好精度所形成之點的光學元件。
作為光學元件,可舉如有機EL元件、液晶元件之濾色器、有機TFT陣列元件等。
有機TFT陣列元件係有多數點配置成俯視矩陣狀,於各點設有像素電極及作為用以使其驅動之開關元件的TFT,並使用有機半導體層作為包含TFT通道層的半導體層之元件。
有機TFT陣列元件係作為TFT陣列基板而備設在有機EL元件或液晶元件等。
有機EL元件例如可以下述方法製造。
於玻璃等透光性基板藉由濺鍍法等形成摻雜錫之氧化銦(ITO)等透光性電極之膜。該透光性電極可因應需求加以圖案化。
接下來使用本發明之負型感光性樹脂組成物,藉由包含塗佈、曝光及顯像的光刻法,沿著各點輪廓以俯視格狀的方式形成隔壁。
再來,於點內藉由IJ法將電洞注入層、電洞輸送層、發光層、電洞阻止層及電子注入層之材料分別塗佈及乾燥,依序積層該等之層。形成在點內之有機層的種類及數量可適宜設計。
最後,藉由蒸鍍法等形成鋁等反射電極。
實施例
以下依據實施例說明本發明,惟本發明不受該等限定。例1~21為實施例,例31~33為比較例。
各測定係以下述方法進行。
[數量平均分子量(Mn)及質量平均分子量(Mw)]
藉由凝膠滲透層析法,以聚苯乙烯為標準物質來測定數量平均分子量(Mn)及質量平均分子量(Mw)。作為凝膠滲透層析儀,係使用HPLC-8220GPC(東曹公司製)。作為管柱,係使用連接有3支shodex LF-604者。作為檢測器,係使用RI(Refractive Index)檢測器。作為標準物質,係使用EasiCal PS1(Polymer Laboratories公司製)。此外,測定數量平均分子量及質量平均分子量時,係將管柱保持在37℃,並使用四氫呋喃作為溶離液,將流速設為0.2mL/分而注入測定試樣之0.5質量%四氫呋喃溶液40μL。
[氟原子含有率]
氟原子含有率係以1,4-二三氟甲基苯為標準物質,藉由19F NMR測定所算出。
[乙烯性雙鍵(C=C)含量]
乙烯性雙鍵含量係從原料之摻混比率算出。
[酸值]
酸值係從原料之摻混比率以理論上算出。
以下各例中所使用之化合物的略稱顯示如下。
(鹼可溶性樹脂(AP))
鹼可溶性樹脂(A1)組成物:使甲酚酚醛型環氧樹脂與丙烯酸反應,接著與1,2,3,6-四氫酞酸酐反應,並以己烷將已導入丙烯醯基及羧基之樹脂純化後的樹脂(鹼可溶性樹脂(A1)、酸值60mgKOH/g)之組成物(固體成分70質量%及溶劑油30質量%)。
鹼可溶性樹脂(A2)組成物:使雙酚A型環氧樹脂與丙烯酸反應,接著與1,2,3,6-四氫酞酸酐反應,並以己烷將已導入丙烯醯基及羧基之樹脂純化後的樹脂(鹼可溶性樹脂(A2)、酸值98mgKOH/g)之組成物(固體成分70質量%及溶劑油30質量%)。
鹼可溶性樹脂(A3)組成物:使茀型環氧樹脂與丙烯酸反應,接著與1,2,3,6-四氫酞酸酐反應,並以己烷將已導入丙烯醯基及羧基之樹脂純化後的樹脂(鹼可溶性樹脂(A3)、酸值60mgKOH/g)之組成物(固體成分55質量%及PGMEA45質量%)
(光聚合引發劑(B))
IR907(商品名):IRGACURE907、BASF公司製、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-啉基丙-1-酮。
OXE02(商品名):IRGACURE OXE 02、乙酮1-[9-乙基-6-(2-甲基苄醯基)-9H-咔唑-3-基]-1-(O-乙醯基肟)(BASF公司製)。
IR819(商品名):IRGACURE 819、雙(2,4,6-三甲基苄醯基)-苯基膦氧化物(BASF公司製)。
IR369(商品名):IRGACURE 369、2-苄基-2-二甲胺基-1-(4-啉基苯基)-丁-1-酮(BASF公司製)。
EAB:4,4'-雙(二乙胺基)二苯基酮(東京化成工業公司製)。
(硫醇化合物(C))
硫醇化合物(C-1):KARENZMT NR1(商品名、昭和電 工公司製、1,3,5-參(3-巰丁基氧基乙基)-1,3,5-三-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、分子量:567.7、SH當量:189.2、1分子中之巰基數:3個)
硫醇化合物(C-2):KARENZMT PE1(商品名、昭和電工公司製、新戊四醇肆(3-巰丁酸酯)、分子量:544.8、SH當量:136.2、1分子中之巰基數:4個)
硫醇化合物(C-3):TEMB(商品名、昭和電工公司製、三羥甲基乙烷 參(3-巰丁酸酯)、分子量:426.61、SH當量:142.2、1分子中之巰基數:3個)
硫醇化合物(C-4):2、4,6-三巰-S-三(三協化成公司製、分子量:177.27、SH當量:59.1、1分子中之巰基數:3個)
(硫醇化合物(Cf)(用以比較之1分子中巰基數在2個以下的硫醇化合物)
硫醇化合物(Cf-1):2-巰苯并唑(分子量:151.2、SH當量:151.2、1分子中之巰基數:1個)
硫醇化合物(Cf-2):KARENZMT BD1(商品名、昭和電工公司製、1,4-雙(3-巰丁醯氧基)丁烷、分子量:294.4、SH當量:147.2、1分子中之巰基數:2個)
(撥墨劑(D1)之原料)
相當於化合物(dx-1)之化合物(dx-11):F(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3(以公知方法製造)。
相當於化合物(dx-1)之化合物(dx-12):F(CF2)8CH2CH2Si(OCH3)3(以公知方法製造)。
相當於化合物(dx-1)之化合物(dx-13):F(CF2)4CH2CH2Si(OCH3)3(以公知方法製造)。
相當於化合物(dx-2)之化合物(dx-21):Si(OC2H5)4(COLCOAT公司製)。
相當於化合物(dx-3)之化合物(dx-31):CH2=CHCOO(CH2)3Si(OCH3)3(東京化成工業公司製)。
相當於化合物(dx-4)之化合物(dx-41):(CH3)3-Si-OCH3(東京化成工業公司製)。
相當於化合物(dx-4)之化合物(dx-42):Ph-Si-(OC2H5)3(式中Ph表示苯基。商品名:KBE-103、信越化學工業公司製)。
相當於化合物(dx-4)之化合物(dx-43):C10H21-Si-(OCH3)3(商品名:KBM-3103C、信越化學工業公司製)。
相當於合物(dx-5)之化合物(dx-51):HS-(CH2)3-Si(OCH3)3(商品名:KBM-803、信越化學工業公司製)。
(撥墨劑(D2)之原料)
C6FMA:CH2=C(CH3)COOCH2CH2(CF2)6F
C4 α-Cl丙烯酸酯:CH2=C(Cl)COOCH2CH2(CF2)4F
MAA:甲基丙烯酸
2-HEMA:甲基丙烯酸2-羥乙酯
IBMA:甲基丙烯酸異莰酯
V-65:(和光純藥公司製、2,2’-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈))
n-DM:正十二基硫醇
BEI:KARENZ BEI(商品名、昭和電工公司製、1,1-(雙丙烯醯氧基甲基)乙基異氰酸酯)
AOI:KARENZ AOI(商品名、昭和電工公司製、2-丙烯醯氧基乙基異氰酸酯)
DBTDL:二月桂酸二丁錫
TBQ:三級丁基-對苯并苯醌
MEK:2-丁酮
(交聯劑(E))
A9530(商品名):NK ESTER A-9530(新中村化學工業公司製、二新戊四醇六丙烯酸酯與二新戊四醇五丙烯酸酯之混合品。)
A9550(商品名):NK ESTER A-9550(新中村化學工業公司製、二新戊四醇六丙烯酸酯與二新戊四醇五丙烯酸酯之混合品。)
A9300(商品名):NK ESTER A-9300(新中村化學工業公司製、參(2-丙烯醯氧基乙基)異三聚氰酸酯。)
(溶劑(F))
PGMEA:丙二醇單甲基醚乙酸酯
PGME:丙二醇單甲基醚
EDM:二乙二醇乙基甲基醚
IPA:2-丙醇
(鹼觸媒)
TMAH:氫氧化四甲銨
[撥墨劑(D)之合成]
如以下合成撥墨劑(D1)及撥墨劑(D2)或準備撥墨劑(D1)及撥墨劑(D2)。
(合成例1:撥墨劑(D1-1)之合成)
於備有攪拌機之1,000cm3的三口燒瓶放入化合物(dx-11)15g、化合物(dx-21)20g、及化合物(dx-31)27g,而獲得水解性矽烷化合物混合物。接著於該混合物放入PGME 284.3g,製成原料溶液。
於獲得之原料溶液滴下1質量%鹽酸水溶液30g。滴下結束後,在40℃下攪拌5小時而獲得撥墨劑(D1-1)之PGME溶液(撥墨劑(D1-1)濃度:10質量%,以下亦稱為「撥墨劑(D1-1)溶液」)。
而,反應結束後,使用氣相層析儀測定反應液之成分,確認作為原料的各化合物皆在檢測限值以下。
於表2顯示在獲得之撥墨劑(D1-1)的製造中所使用的原料水解性矽烷化合物之饋入量等。表2中,矽烷化合物表示水解性矽烷化合物。
又,獲得之撥墨劑(D1-1)的數量平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、氟原子含有率、C=C含量及酸值之測定結果顯示於表3。
(合成例2~10:撥墨劑(D1-2)~(D1-10)之合成)
除了將原料組成設成如表2所示者以外,以與合成例1相同的方式獲得撥墨劑(D1-2)~(D1-10)之溶液(所有的化合物濃度:10質量%以下,各溶液亦稱為「撥墨劑(D1-2) ~(D1-10)溶液」)。
於表2顯示在上述獲得之撥墨劑(D1-1)~(D1-10)的製造中所使用的原料水解性矽烷化合物之饋入量及莫耳比。表2中,矽烷化合物表示水解性矽烷化合物。
又,獲得之撥墨劑的數量平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、氟原子含有率、C=C含量及酸值之測定結果顯示於表3。
(合成例11:撥墨劑(D2-1)之合成)
於備有攪拌機之內容積1,000cm3的高壓釜饋入MEK計415.1g、C6FMA計81.0g、MAA計18.0g、2-HEMA計81.0g、聚合引發劑V-65 5.0g及n-DM計4.7g,一邊在氮氣體環境下 攪拌一邊在50℃下使其聚合24小時,並進一步在70℃下加熱5小時,使用聚合引發劑使其惰性化而獲得共聚物的溶液。共聚物係數量平均分子量為5,540,質量平均分子量為13,200。
接下來,於備有攪拌機之內容積300cm3的高壓釜饋入上述共聚物的溶液130.0g、BEI計33.5g、DBTDL計0.13g、及TBQ計1.5g,一邊進行攪拌一邊在40℃下使其反應24小時而合成出粗聚合物。於獲得之粗聚合物的溶液加入己烷進行再沉澱純化後,加以真空乾燥而獲得撥墨劑(D2-1)計65.6g。
於表3顯示獲得之撥墨劑(D2-1)的數量平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、氟原子含有率、乙烯性雙鍵含量、及酸值。
(撥墨劑(D2-2)之準備)
作為撥墨劑(D2-2),準備了MEGAFAC RS102(商品名;DIC公司製;係具有下述式(D2F)所示之重複單元的聚合物,n/m=3~4)。
於表3顯示撥墨劑(D2-2)之數量平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、氟原子含有率、乙烯性雙鍵含量、及酸值。
[化4]
(合成例12:撥墨劑(D2-3)之合成)
於備有攪拌機之內容積1,000cm3的高壓釜放入C4 α-Cl丙烯酸酯317.5g、MAA計79.4g、IBMA計47.7g、2-HEMA計52.94g、n-DM計4.6g、聚合引發劑V-65計5.0g及MEK計417.7g,一邊在氮氣體環境下攪拌一邊在50℃下使其聚合24小時,並進一步在70℃下加熱5小時,使用聚合引發劑使其惰性化而獲得共聚物的溶液。共聚物係數量平均分子量為5,060,質量平均分子量為8,720。測定固體成分濃度為30重量%。
接下來,於備有攪拌機之內容積300cm3的高壓釜饋入上述共聚物的溶液130.0g、AOI計3.6g(相對於共聚物之羥基為0.8等量)、DBTDL計0.014g、及TBQ計0.18g,一邊攪拌一邊在40℃下使其反應24小時而合成出粗聚合物。於獲得之粗聚合物的溶液加入己烷進行再沉澱純化後,加以真空乾燥而獲得撥墨劑(D2-3)計35.8g。
於表3顯示獲得之撥墨劑(D2-3)的數量平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、氟原子含有率、乙烯性雙鍵含量、及酸值。
[例1:負型感光性樹脂組成物之調製、以及硬化膜及隔壁之製造] (負型感光性樹脂組成物之調製)
將鹼可溶性樹脂(A1)組成物15.90g、IR907計1.27g、EAB計1.11g、硫醇化合物(C-1)計0.22g、撥墨劑(D1-2)溶液1.34g、A9530計11.13g、及PGMEA計69.03g放入200cm3之攪拌用容器並攪拌3小時,而製出負型感光性樹脂組成物1。
(隔壁之製造)
以乙醇將10cm四方形玻璃基板進行30秒鐘超音波洗淨,接著進行5分鐘UV/O3(紫外線/臭氧)處理。UV/O3處理係使用PL2001N-58(SEN ENGINEERING公司製)作為UV/O3發生裝置。254nm換算的光功率(光輸出)為10mW/cm2
於上述洗淨後的玻璃基板表面使用旋塗器塗佈上述獲得之負型感光性樹脂組成物1後,在100℃下在熱板上使其乾燥2分鐘,而形成膜厚2.4μm的乾燥膜。相對於獲得之乾燥膜,藉由以遮罩部(非曝光部)為2.5cm×5cm之光罩,以整面一次照射365nm換算的曝光功率(曝光輸出)為 25mW/cm2的超高壓水銀燈的UV光(曝光量250mJ/cm2)。曝光時,截斷330nm以下之光。又,使乾燥膜與光罩之間隔距離為50μm。
接下來,將上述曝光處理後的玻璃基板浸漬於2.38質量%四甲基氫氧化銨水溶液40秒鐘進行顯像,並以水沖洗非曝光部後使其乾燥。接著將之在熱板上在230℃下加熱60分鐘,藉此以具有與光罩之遮罩部相對應之開口部的硬化膜獲得隔壁。
(硬化膜之製造)
於與隔壁製造時相同的玻璃基板表面使用旋塗器塗佈上述獲得之負型感光性樹脂組成物1後,在100℃下,在熱板上使其乾燥2分鐘,而形成膜厚2.4μm的乾燥膜。相對於獲得之乾燥膜,以整面一次照射365nm換算的曝光功率(曝光輸出)為25mW/cm2的超高壓水銀燈之UV光。在該方法下,調整照射時間使曝光量成為30mJ/cm2或40mJ/cm2,而製造出2種的硬化膜。而,無論任一情況,曝光時皆截斷330nm以下之光。
接下來,將上述曝光處理後的玻璃基板於0.02質量%四甲基氫氧化銨水溶液中進行10秒鐘浸漬處理,並以水沖洗後,使其乾燥。接著將之在熱板上,在230℃下加熱60分鐘,藉此獲得無開口部的硬化膜。
針對獲得之負型感光性樹脂組成物1及隔壁、硬化膜,實施以下評估。評估結果顯示於表4。
(評估) <隔壁的膜厚>
使用雷射顯微鏡(KEYENCE公司製、裝置名:VK-8500)進行測定。
<撥墨性>
以下述方法測定上述獲得之隔壁及硬化膜上面的PGMEA接觸角,作為撥墨性之評估。
藉由不濡液滴法,依據JIS R3257「基板玻璃表面的濕潤性試驗方法」,於硬化膜上面3處載置PGMEA滴,並針對各PGMEA滴進行測定。液滴係設為2μL/滴,測定則係在20℃下進行。接觸角係從3測定值之平均值求算。
<負型感光性樹脂組成物之貯藏穩定性>
將負型感光性樹脂組成物1在室溫(20~25℃)下保管20日。其後以目視觀察負型感光性樹脂組成物1之狀態(透明或白濁)後,以與上述相同的方式製造出隔壁及硬化膜(惟,玻璃基板的大小係設為7.5cm四方形)。而,製造途中,在塗膜之狀態下以目視及雷射顯微鏡觀察膜表面有無異物。
以目視及雷射顯微鏡觀察獲得之隔壁及硬化膜的外觀、及膜表面的異物有無,與從保管前之負型感光性樹脂組成物1以與上述同樣方式形成的隔壁及硬化膜(惟,玻璃基板的大小變更成7.5cm四方形)作比較,並以下述基準進行評估。
◎:以雷射顯微鏡及目視觀察塗膜仍確認無異物,與從保管前之負型感光性樹脂組成物所形成的隔壁及硬化膜為同樣外觀。
○:以雷射顯微鏡觀察塗膜時,可確認粒狀異物。
△:以目視觀察塗膜時,可確認粒狀異物。
×:保管後的負型感光性樹脂組成物呈白濁。
[例2~21及例31~33]
除了將例1中,負型感光性樹脂組成物變更成表4、表5或表6所示之組成以外,以同樣方法進行負型感光性樹脂組成物之調製、以及製造隔壁及硬化膜,並進行與例1同樣的評估。各例的評估結果分別與負型感光性樹脂組成物之組成一起顯示於表4、表5及表6。
表4、表5及表6中,負型感光性樹脂組成物中之SH基/C=C(莫耳比)係表示相對於負型感光性樹脂組成物中之總固體成分所具有的乙烯性雙鍵1莫耳之巰基莫耳量。
溶劑(F)比率表示溶劑(F)中之各溶劑比率。
相當於本發明之負型感光性樹脂組成物之實施例的例1~21中,因含有1分子中具有3個以上巰基之硫醇化合物(C),所以即便在如曝光量為40mJ/cm2的低曝光量下仍可充分硬化。所以,隔壁及硬化膜上面具有優異的撥墨性。
而,使用1分子中具有3個巰基之硫醇化合物(C-1)的例1~4及例6~21中,與1分子中具有4個巰基之硫醇化合物(C-2)的例5相較下,可知該等負型感光性樹脂組成物的貯藏穩定性較佳。
另一方面,相當於比較例的例31~33中,因含有1分子中具有1個或2個巰基之硫醇化合物(Cf-1)或(Cf-2)、或完全不含硫醇化合物,所以在如曝光量為30mJ/cm2或40mJ/cm2的低曝光量下,硬化不夠充分。所以,隔壁及硬化膜上面的撥墨性不夠充分。
[包含隔壁表面的表層組成分析]
以XPS分析在例16(實施例)及例32(比較例)中分別製造出之隔壁中包含表面之表層在厚度方向的組成。使用XPS分析的裝置及條件如以下所述。
裝置:Ulvac-Phi公司製Quantera-SXM
X射線源:AlK α
X射線之射束尺寸:約20μm φ
測定區:約20μm φ
檢測角:離試料面為45度
濺鍍用離子:Ar
濺鍍用離子之加速電壓:1kV
濺鍍用離子之光柵尺寸:3×3mm2
測定尖峰:F1s、C1s、S2s
No.of Sweeps:3(F1s)、3(C1s)、32(S2s)
Pass Energy:224eV
Step Size:0.4eV
Ratio:2(F1s)、2(C1s)、2(S2s)
解析軟體:MultiPak
而,藉由上述XPS分析所獲得的樹脂硬化膜在厚度方向之剖面圖的橫軸係表示藉由使用上述XPS分析條件所求出之Si晶圓上熱氧化膜(SiO2膜)的濺鍍速率(0.7nm/分),將濺鍍時間換算成從表面起算的距離(厚度)者。
有關獲得之XPS分析結果,例16係顯示於圖1及圖2,例32係顯示於圖5及圖6。圖1及圖2如同上述說明。
圖5係顯示例32之隔壁(樹脂硬化膜)中,利用XPS之包含表面的表層在厚度方向之組成分析的結果。
又,圖6中顯示從圖5之分析結果獲得之厚度方向中氟原子濃度及硫原子濃度相對於碳原子濃度的比值。
針對表1所示之例16之隔壁相同的項目,於表7顯示例32之隔壁中包含表面的表層之上述XPS分析結果。即顯示:從隔壁表面(濺鍍時間=0分)開始至濺鍍時間10分為止之每1分鐘的測定值(原子濃度)、從上述SiO2膜之濺鍍速率換算之從表面起算的距離[nm]、從獲得之碳原子濃度、氟原子濃度、及硫原子濃度以濺鍍時間每1分鐘算出氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值(表示為[F/C])、硫原子濃度相對於碳原 子濃度(表示為[S/C])的結果、及表層內部區域(從表面起算的距離為4~7nm)中之[F/C]值的平均值與[S/C]值的平均值。
圖6中係針對例32之隔壁,分別將由表7獲得之從表面起算的距離(厚度)方向中氟原子濃度及硫原子濃度相對於碳原子濃度的比值,以虛線表示氟原子,並以實線表示硫原子。
將上述獲得之例16(實施例)及例32(比較例)之隔壁表面中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值[F/C](i)、硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值[S/C](i)、及表層內部區域中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[F/C](ii)、硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[S/C](ii)彙整顯示於表8。
本發明之樹脂硬化膜在上述利用XPS之包含表面的表層在厚度方向之組成分析中,氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值係表示上述(I)特性,且硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值係表示(II)特性。藉此,由該樹脂硬化膜所構成之隔壁可具優異的表面撥液性,並且在低曝光量下仍可充分顯現硬化性。
產業上之可利用性
本發明之負型感光性樹脂組成物在有機EL元件、液晶元件之濾色器、有機TFT陣列等光學元件中,可適當使用作為以IJ法所行之圖案印刷時的隔壁形成用等之組成物。
本發明之隔壁可作為下述利用:在有機EL元件中作為以IJ法將發光層等有機層進行圖案印刷的隔壁(觸排),或在液晶元件中作為以IJ法將濾色器圖案印刷的隔壁(該隔壁可兼具黑矩陣(BM))等。
又,本發明之隔壁可作為下述利用:在有機TFT陣列中作為以IJ法將導體圖案或半導體圖案進行圖案印刷的隔壁,以IJ法將構成TFT通道層的有機半導體層、閘極電 極、源極電極、汲極電極、閘極配線、及源極配線等圖案印刷的隔壁等。
而,在此係引用已於2012年11月28日提出申請之日本專利申請案2012-259964號之說明書、申請專利範圍、圖式及摘要的全部內容,並納入作為本發明說明書之揭示。

Claims (17)

  1. 一種負型感光性樹脂組成物,其特徵在於含有:具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)、光聚合引發劑(B)、1分子中具有3個以上巰基之硫醇化合物(C)、及撥墨劑(D);其中前述撥墨劑(D)係具有乙烯性雙鍵之化合物。
  2. 一種負型感光性樹脂組成物,其特徵在於含有:具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)、光聚合引發劑(B)、1分子中具有3個以上巰基之硫醇化合物(C)、及撥墨劑(D);其中前述撥墨劑(D)係水解性矽烷化合物的部分水解縮合物。
  3. 如請求項2之負型感光性樹脂組成物,其中前述撥墨劑(D)係具有乙烯性雙鍵之化合物。
  4. 如請求項2或3之負型感光性樹脂組成物,其中前述部分水解縮合物係含有水解性矽烷化合物(s1)之水解性矽烷化合物混合物的部分水解縮合物,該水解性矽烷化合物(s1)具有氟伸烷基及/或氟烷基、與水解性基。
  5. 如請求項4之負型感光性樹脂組成物,其中前述水解性矽烷化合物混合物更含有矽原子鍵結有4個水解性基的水解性矽烷化合物(s2)。
  6. 如請求項4之負型感光性樹脂組成物,其中前述水解性矽烷化合物混合物更含有水解性矽烷化合物(s3),該水解性矽烷化合物(s3)具有具乙烯性雙鍵之基及水解性基,且不含氟原子。
  7. 如請求項1或2之負型感光性樹脂組成物,其中負型感光性樹脂組成物之總固體成分中,含有:5~80質量%之具有乙烯性雙鍵之鹼可溶性樹脂或鹼可溶性單體(A)、0.1~50質量%之光聚合引發劑(B)、及0.01~15質量%之撥墨劑(D)。
  8. 如請求項1或2之負型感光性樹脂組成物,其中前述光聚合引發劑(B)為選自於由二苯基酮類、胺苯甲酸類及脂肪族胺類所構成群組中之至少1種。
  9. 如請求項1或2之負型感光性樹脂組成物,其係以下述方式含有前述硫醇化合物(C):相對於前述負型感光性樹脂組成物中之總固體成分所具有的乙烯性雙鍵1莫耳,該化合物(C)所具有之巰基為0.0001~1莫耳。
  10. 如請求項1或2之負型感光性樹脂組成物,其中前述撥墨劑(D)具有氟原子,且前述撥墨劑(D)中之氟原子含有率為1~40質量%。
  11. 如請求項1或2之負型感光性樹脂組成物,其更含有於1分子中具有2個以上乙烯性雙鍵且不具酸性基之交聯劑(E)。
  12. 如請求項1或2之負型感光性樹脂組成物,其更含有溶劑(F)。
  13. 一種樹脂硬化膜,係使用如請求項1至12中任一項之負型感光性樹脂組成物而形成者。
  14. 一種樹脂硬化膜,係形成在基板上之如請求項13之樹脂硬化膜;在使用Ar濺鍍離子之X射線光電子分光法(XPS)所得之前述樹脂硬化膜在厚度方向的組成分析中,前述樹脂硬化膜表面中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值[F/C](i)為0.100~3.000,且該[F/C](i)大於樹脂硬化膜之表層內部區域中氟原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[F/C](ii),該表層內部區域係以從前述樹脂硬化膜之表面起算厚度為4nm之位置為起點,並以從該表面起算厚度為7nm之位置為終點;且前述樹脂硬化膜表面中硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值[S/C](i)、及前述樹脂硬化膜之前述表層內部區域中硫原子濃度相對於碳原子濃度之比值的平均值[S/C](ii)為0.001~0.050。
  15. 一種隔壁,係形成為將基板表面區隔成點形成用之多數區塊的形態者,且其係由如請求項13或14之樹脂硬化膜所構成。
  16. 一種光學元件,係於基板表面具有多數點及位在鄰接之點間的隔壁者,且前述隔壁係以如請求項15之隔壁來形成。
  17. 如請求項16之光學元件,其中前述點係以噴墨法形成而成。
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