CN108884355B - 固化膜形成组合物 - Google Patents
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Abstract
提供所形成的图像形成用下层膜具有高的拒液性(疏液性)、且即使以少的紫外线曝光量也能够容易地使亲拒液性变化的固化膜形成组合物及使用该组合物而得到的固化膜。固化膜形成用树脂组合物的特征在于,含有:作为(A)成分的包含来自第1单体的结构单元的聚合物,所述第1单体具有下述式(1)结构;作为(B)成分的除成分(A)以外的聚合物,其是基于聚合物的总重量基准的氟含有率少于(A)成分的聚合物;作为(C)成分的光产酸剂;和溶剂。式(1)中,R1表示氢或甲基,R2表示能够随同其所键合的氧原子一起脱离的含氟基团。
Description
技术领域
本发明涉及包含具有氟烷基的聚合物的固化膜形成组合物,进一步涉及使用该组合物制作的固化膜及电子设备。
背景技术
在电子设备的制造工序中,提出了在形成电极、功能性薄膜的图案时,将利用液体的润湿性差异的分涂技术应用于功能性薄膜的图案化(patterning)中。其为如下方法:在基板表面制作包含容易被液体润湿的区域和难以被液体润湿的区域的图案化层,接着在该图案化层上涂布含有功能性薄膜形成材料的液体,随后使其干燥,由此仅在容易被液体润湿的区域形成功能性薄膜,制作电子设备中的布线等。
利用喷墨、丝网印刷等各种印刷法将形成上述电极的图案中使用的图像形成液进行印刷时,为了抑制液体润湿并扩展到目标部位以外的区域,需要仅将目标部位进行亲水性化、而将该部位以外的区域表面进行疏水性化。
近年来,已广泛研究了下述技术:作为电极、功能性薄膜等的图案化层,采用含有疏水性侧链的聚酰亚胺前体或由该聚酰亚胺前体得到的聚酰亚胺,并利用可通过改变聚酰亚胺膜的亲疏水性来使水接触角变化这一手段,将涂布型功能材料进行分涂。
例如,使用具有脂肪族环的聚酰亚胺前体或聚酰亚胺得到的润湿性变化层的特性已被揭示(例如参见专利文献1)。该文献中,推测聚酰亚胺的脂肪族环的开裂是造成亲疏水性变化的主要原因之一,还推测侧链的量(即侧链的数目)越多则表面能(临界表面张力)越低,越成为疏液性。
另外,在同一文献的实施例中,示出了如下结果,即,在将聚酰胺酸(其是使用具有脂肪族环的酸二酐和在侧链具有烃基的二胺而得到的)用作润湿性变化层的情况下,通过照射紫外线,从而亲疏水性显著变化,另外,还示出了在该润湿性变化层上形成电极层(其是由PEDOT/PSS形成的)来制作电子元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2006/137366号小册子
发明内容
发明要解决的课题
通常,为了能够形成膜,图像形成液被设计为具有比水低的表面张力。因此,考虑到涂布的容易性,图像形成液大多为表面张力低于水的有机溶剂系。
但是,对于上述文献中示例的疏水性侧链而言,即使在使侧链的含量足够多的情况下,未曝光部的疏水性(即拒水性)也不能说足够高,例如在图像形成液渗出至未曝光部的情况下,存在图像形成液在该状态下干燥、无法得到目标图像这样的问题。另外,由于润湿性变化层未形成交联结构,因此,存在润湿性变化层根据图像形成液中使用的溶剂的种类的不同而溶解这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而作出的,目的在于提供所形成的图像形成用下层膜具有高的拒液性(疏液性)、能够以少的紫外线曝光量容易地使亲拒液性变化、并且亲液部具有高耐溶剂性的固化膜形成用树脂组合物。
用于解决课题的手段
为实现上述目的,本申请发明人反复进行了深入研究,结果发现,通过包含来自特定单体(所述特定单体具有可脱离的含氟侧链)的结构单元的聚合物,能够通过照射紫外线使亲拒液性显著变化,从而完成了本发明。
本发明包含以下方案。
[1]固化膜形成用树脂组合物,其特征在于,含有:
作为(A)成分的包含来自第1单体的结构单元的聚合物,所述第1单体具有下述式(1)的结构;
作为(B)成分的除成分(A)以外的聚合物,其是基于聚合物的总重量基准的氟含有率少于(A)成分的聚合物;
作为(C)成分的光产酸剂;和
溶剂。
(式中,R1表示氢或甲基,
R2表示能够随同其所键合的氧原子一起脱离的含氟基团。)
[2]如[1]所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,R2表示经氟取代的烃基,所述经氟取代的烃基可以是经分支化及/或环化的,也可以是被芳香族环、-O-、-S-、-CO-、-CS-、-NH-或它们的组合所中断的。
[3]如[1]或[2]所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,R2的碳原子数为2以上。
[4]如[1]至[3]中任一项所述的固化膜形成用树脂组合物,其特征在于,(A)成分的聚合物还含有来自第2单体的结构单元,所述第2单体具有能够通过热而在(A)成分的聚合物彼此之间、或(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物之间形成共价键的基团(基团(x))。
[5]如[1]至[4]中任一项所述的固化膜形成用树脂组合物,其特征在于,(B)成分的聚合物含有来自下述单体的结构单元,所述单体具有能够通过热而在(B)成分的聚合物彼此之间、或(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物之间形成共价键的基团(基团(x))。
[6]如[4]或[5]所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,基团(x)为选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及下述式(2)表示的基团组成的组中的至少一种基团。
(式中,R3表示烷基、烷氧基、或苯基。)
[7]如[4]至[6]中任一项所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,还含有作为(D)成分的每一分子具有两个以上的能够与基团(x)发生热反应的基团的化合物。
[8]如[1]至[7]中任一项所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,基于聚合物的总重量,(A)成分的聚合物中的氟含有率为5重量%以上。
[9]如[1]至[8]中任一项所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,基于聚合物的总重量,(B)成分的聚合物中的氟含有率小于5重量%。
[10]固化膜,其特征在于,所述固化膜是使用[1]至[9]中任一项所述的固化膜形成用树脂组合物而得到的,且所述固化膜的紫外线曝光部比未曝光部更亲液化。
[11]如[10]所述的固化膜,其中,紫外线曝光部与未曝光部的相对于丙二醇单甲醚乙酸酯的接触角之差为5°以上。
[12]布线形成辅助层,其是由[10]或[11]的固化膜形成的。
[13]包含来自第1单体的结构单元的聚合物用于制造固化膜形成用树脂组合物的用途,所述第1单体具有下述式(1)结构。
(式中,R1表示氢或甲基,
R2表示能够随同其所键合的氧原子一起脱离的含氟基团。)
[14]包含来自第1单体的结构单元及来自第2单体的结构单元的共聚物用于制造固化膜形成用树脂组合物的用途,所述第1单体具有下述式(1)结构,所述第2单体具有能够通过热而在(A)成分的聚合物彼此之间、或(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物之间形成共价键的基团(基团(x))。
(式中,R1表示氢或甲基,
R2表示能够随同其所键合的氧原子一起脱离的含氟基团。)
[15][1]至[9]中任一项所述的固化膜形成用树脂组合物用于制造固化膜的用途,所述固化膜的紫外线曝光部比未曝光部更亲液化。
[16]如[15]所述的用途,其中,紫外线曝光部与未曝光部的相对于丙二醇单甲醚乙酸酯的接触角之差为5°以上。
发明的效果
对于本发明涉及的包含含有来自特定单体(所述特定单体具有可脱离的含氟侧链)的结构单元的聚合物的固化膜形成用树脂组合物而言,在由其形成的膜中,能够通过照射紫外线而赋予针对将低表面张力的溶剂用作主溶剂的图像形成液的大的接触角变化,即亲拒液性的变化。因此,利用这样的特性,能够形成可形成电极等功能性材料等的图像的下层膜。
此外,对于由本发明的组合物形成的固化膜而言,不仅能够利用喷墨来涂布图像形成液,还能够利用旋涂、浸渍法等各种方法来涂布图像形成液,因此从生产率的观点考虑是有效的材料。
具体实施方式
本发明提供一种树脂组合物,其适于在基板表面上形成作为包含亲液性区域和拒液性区域的图像形成用下层膜的固化膜。
将本发明涉及的树脂组合物涂布于基板上,形成未干燥涂膜。此时,本发明涉及的树脂组合物中包含的富氟聚合物(成分(A))和贫氟聚合物(成分(B))以在膜与基板相接触的一侧贫氟聚合物相对而言以高浓度存在的方式形成两层或浓度梯度。
接着,通过加热将该未干燥涂膜干燥,形成图案化用固化膜。此时,在富氟聚合物彼此之间、贫氟聚合物彼此之间、或富氟聚合物与贫氟聚合物之间产生交联,图案化用固化膜变得不溶于图像形成液。另外,以分别地在膜与基板相接触的一侧贫氟聚合物相对而言以高浓度存在、在膜的表层表面侧富氟聚合物相对而言以高浓度存在的状态进行固定。
对图案化用固化膜以图案状照射紫外线。此时的照射量低于现有技术中的照射量即已足够。然后,对涂膜进行加热处理。在存在由本发明涉及的树脂组合物中包含的光产酸剂产生的酸的状态下进行加热处理,由此,在表面以较高浓度存在的富氟聚合物的曝光于紫外线的区域释放出含氟基团(例如以醇分子形式)而引起自交联。因此,曝光于紫外线的区域失去拒液性而转变为亲液性。如此,能够使图案化用固化膜高效地成为包含亲液性区域和拒液性区域的图像形成用下层膜。经亲液性化的区域变得能够选择性地接受图像形成液。
本发明的固化膜形成组合物是下述固化膜形成用树脂组合物,其特征在于,含有:作为(A)成分的包含来自下述单体的结构单元的聚合物,所述单体具有下述式(1)的结构;作为(B)成分的、重量基准的氟含有率少于(A)成分的聚合物;作为(C)成分的光产酸剂;和,溶剂。
(式中,R1表示氢或甲基,
R2表示能够随同其所键合的氧原子一起脱离的含氟基团。)
除(A)成分、(B)成分、(C)成分及溶剂以外,还可以含有作为(D)成分的交联剂。只要不损害本发明的效果,则还可含有其他添加剂。
按照以下项目对本发明进行说明。
1.(A)成分
2.(B)成分
3.(C)成分
4.(D)成分
5.其他添加剂
6.溶剂
7.固化膜形成组合物的制备
8.涂膜及固化膜的制造方法
9.作为图像形成用下层膜的用途:图像形成用电极的制造方法
1.(A)成分
本发明的固化膜形成组合物中含有的(A)成分为包含来自第1单体的结构单元的聚合物,所述第1单体具有上述式(1)结构。(A)成分为氟含有率比(B)成分高的富氟聚合物,本树脂组合物被涂布于基板上时,(A)成分在涂布层的表层表面侧相对而言以高浓度存在。优选的是,基于聚合物的总重量,(A)成分的聚合物中的氟含有率为5重量%以上。
本发明的固化膜形成组合物中含有的(A)成分为至少包含来自下述单体的结构单元的聚合物,所述单体具有上述式(1)结构(式中,R1及R2如上文所定义。)。
在本发明中的(A)成分的聚合物中,除具有上述式(1)结构的单体以外,还包含使用丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯或它们的衍生物等具有不饱和双键的单体进行共聚而得到的聚合物。
因此,在本发明中的(A)成分中,包含:
(a)具有上述式(1)结构的单体为一种的均聚物;
(b)具有上述式(1)结构的单体为二种以上的共聚物;
(c)具有上述式(1)结构的单体(一种或二种以上)与丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、或它们的衍生物等具有不饱和双键的单体的共聚物。
(A)成分的聚合物(以下也称为特定共聚物)只要为具有这样的结构的聚合物即可,对于构成聚合物的高分子的主链骨架及侧链种类等没有特别限定。
(A)成分的聚合物的重均分子量优选为1,000至200,000,更优选为2,000至150,000,进一步优选为3,000至100,000。重均分子量大于200,000而变得过大时,存在在溶剂中的溶解性降低、操作性降低的情况,重均分子量小于1,000而变得过小时,存在热固化时固化不足、耐溶剂性及耐热性降低的情况。需要说明的是,重均分子量是利用凝胶渗透色谱(GPC)、使用聚苯乙烯作为标准试样而得到的值。以下,在本说明书中也是同样。
式(1)中的R2表示能够随同其所键合的氧原子一起脱离的含氟基团。
优选R2表示经氟取代的烃基。
该烃基可以分支化及/或环化。另外,该烃基也可以被芳香族环、-O-、-S-、-CO-、-CS-、-NH-或它们的组合所中断。示例该中断基团时,可举出亚苯基、亚萘基、亚联苯基、醚、硫醚、羰基、羧基、酰胺、脲等,但并不限定于这些。
R2的碳原子数优选为2以上,更优选为2~18,最优选为2~10。
式(1)中的R2为经氟取代的烃基时,代表性的R2之一为氟烷基。
上述氟烷基的碳原子数依次优选2以上、2至50、2至30、2至18、2至10、4至10、4至8。这些基团可以分支化及/或环化。
作为这样的氟烷基,可举出2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3,3-五氟丙基、2-(全氟丁基)乙基、3-全氟丁基-2-羟基丙基、2-(全氟己基)乙基、3-全氟己基-2-羟基丙基、2-(全氟辛基)乙基、3-全氟辛基-2-羟基丙基、2-(全氟癸基)乙基、2-(全氟-3-甲基丁基)乙基、3-(全氟-3-甲基丁基)-2-羟基丙基、2-(全氟-5-甲基己基)乙基、2-(全氟-5-甲基己基)-2-羟基丙基、2-(全氟-7-甲基辛基)乙基、及2-(全氟-7-甲基辛基)-2-羟基丙基等。
在式(1)中的R2为经氟取代的烃基、且该烃基可被-O-中断的情况下,代表性的R2之一为氟烷基醚基。
例如,可举出包含由下述式1表示的多氟醚结构的Rf基团(a)。
-(X-O)n-Y……式1
式1中,X为碳原子数1~10的二价饱和烃基或碳原子数1~10的经氟化的二价饱和烃基,以n括起来的每个单元表示相同基团或不同基团,Y表示氢原子(仅限于下述情况:在与Y所邻接的氧原子相邻接的碳原子上未键合氟原子)、碳原子数1~20的一价饱和烃基或碳原子数1~20的经氟化的一价饱和烃基,n表示2~50的整数。其中,式1中的氟原子的总数为2以上。
作为式1中的X、Y的方式,优选可举出:X为碳原子数1~10的除1个氢原子外均经氟化的亚烷基或碳原子数1~10的经全氟化的亚烷基,以n括起来的每个单元表示相同基团或不同基团,Y表示碳原子数1~20的除1个氢原子外均经氟化的烷基或碳原子数1~20的经全氟化的烷基。
作为式1中的X、Y的方式,更优选可举出:X为碳原子数1~10的经全氟化的亚烷基,以n括起来的每个单元表示相同基团或不同基团,Y表示碳原子数1~20的经全氟化的烷基。
式1中,n表示2~50的整数。n优选为2~30,更优选为2~15。n为2以上时,拒液性良好。n为50以下时,在曝光部的拒液基团容易发生脱离,亲液性变得良好。
另外,包含由式1表示的多氟醚结构的Rf基团(a)中的碳原子的总数依次更优选2以上、2至50、2至30、2至18、2至10、4至10、4至8。在该范围内,作为(A)成分的聚合物发挥良好的拒液性。
作为X的具体例,可举出-CF2-、-CF2CF2-、-CF2CF2CF2-、-CF2CF(CF3)-、-CF2CF2CF2CF2-、-CF2CF2CF(CF3)-、及CF2CF(CF3)CF2-。
作为Y的具体例,可举出-CF3、-CF2CF3、-CF2CHF2、-(CF2)2CF3、-(CF2)3CF3、-(CF2)4CF3、-(CF2)5CF3、-(CF2)6CF3、-(CF2)7CF3、-(CF2)8CF3、-(CF2)9CF3、及(CF2)11CF3、-(CF2)15CF3。
作为包含由式1表示的多氟醚结构的Rf基团(a)的优选方式,可举出式2表示的Rf基团(a)。
-Cp-1F2(p-1)-O-(CpF2p-O)n-1-CqF2q+1……式2
式2中,p表示2或3的整数,以n括起来的每个单元为相同基团,q表示1~20的整数,n表示2~50的整数。
作为式2表示的Rf基团(a),具体而言,从合成的容易性的观点考虑,优选可举出
-CF2O(CF2CF2O)n-1CF3(n为2~9)、
-CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)n-1C6F13(n为2~6)、
-CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)n-1C3F7(n为2~6)。
作为(A)成分的聚合物内的Rf基团(a)可以全部相同,也可以不同。
如上所述,通过由本发明涉及的树脂组合物中包含的光产酸剂(详细情况如后述)产生的酸,作为(A)成分的聚合物的曝光于紫外线的部分从式(1)结构释放出含氟基团(例如以醇分子形式)而引起交联。
除了式(1)结构以外,(A)成分的聚合物还可以含有来自第2单体的结构单元,所述第2单体具有能够通过热而在(A)成分的聚合物彼此之间、或(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物之间形成共价键的基团(基团(x))(需要说明的是,关于可另外添加的交联剂,在(D)成分项中进行说明)。
优选的基团(x)为选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及下述式(2)表示的基团组成的组中的至少一种基团。
(式中,R3表示烷基、烷氧基、或苯基。)
这些中,优选羟基、羧基或酰胺基。
这些的热反应性部位可以介由直接键或连结基团而与(A)成分的其他聚合物或(B)成分的聚合物形成共价键,作为这样的连结基团,为选自碳原子数1至15的直链状亚烷基、碳原子数3至20的分支状亚烷基、碳原子数3至20的环状亚烷基及亚苯基中的二价基团,或者为多个该二价基团进行键合而成的基团。在该情况下,作为构成连结基团的二价基团彼此的键、及连结基团与热反应性部位的键,可举出单键、酯键、酰胺键、脲键或醚键。上述二价基团为多个时,二价基团彼此可以相同,也可以不同,上述键为多个时,键彼此可以相同也可以不同。
作为上述碳原子数1至15的直链状亚烷基,可举出亚甲基、亚乙基、亚正丙基、亚正丁基、亚正戊基、亚正己基、亚正庚基、亚正辛基、亚正壬基、亚正癸基、亚正十一烷基、亚正十二烷基、亚正十三烷基、亚正十四烷基、亚正十五烷基。
作为上述碳原子数3至20的分支状亚烷基,例如可举出亚异丙基、亚异丁基、亚仲丁基、亚叔丁基、1-甲基亚正丁基、2-甲基亚正丁基、3-甲基亚正丁基、1,1-二甲基亚正丙基、1,2-二甲基亚正丙基、2,2-二甲基亚正丙基、1-乙基亚正丙基、1-甲基亚正戊基、2-甲基亚正戊基、3-甲基亚正戊基、4-甲基亚正戊基、1,1-二甲基亚正丁基、1,2-二甲基亚正丁基、1,3-二甲基亚正丁基、2,2-二甲基亚正丁基、2,3-二甲基亚正丁基、3,3-二甲基亚正丁基、1-乙基亚正丁基、2-乙基亚正丁基、1,1,2-三甲基亚正丙基、1,2,2-三甲基亚正丙基、1-乙基-1-甲基亚正丙基及1-乙基-2-甲基亚正丙基等、以及碳原子数为20以内的范围且在任意位置分支的亚烷基等。
作为上述碳原子数3至20的环状亚烷基,例如可举出亚环丙基、亚环丁基、亚环戊基、亚环己基、亚环庚基及亚环辛基等单环式亚烷基、以及亚降冰片基、亚三环癸基、亚四环十二烷基及亚金刚烷基等多环式亚烷基。
上述式(2)中,作为R3表示的烷基,例如可举出碳原子数1至20的烷基,优选碳原子数1至5的烷基。
作为这样的烷基,例如可举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、1-甲基正丁基、2-甲基正丁基、3-甲基正丁基、1,1-二甲基正丙基、1,2-二甲基正丙基、2,2-二甲基正丙基、1-乙基正丙基、正己基、1-甲基正戊基、2-甲基正戊基、3-甲基正戊基、4-甲基正戊基、1,1-二甲基正丁基、1,2-二甲基正丁基、1,3-二甲基正丁基、2,2-二甲基正丁基、2,3-二甲基正丁基、3,3-二甲基正丁基、1-乙基正丁基、2-乙基正丁基、1,1,2-三甲基正丙基、1,2,2-三甲基正丙基、1-乙基-1-甲基正丙基、1-乙基-2-甲基正丙基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基及环庚基等。
其中,优选甲基、乙基、正丙基、正丁基及异丁基等。
上述式(2)中,作为R3表示的烷氧基,例如可举出碳原子数1至20的烷氧基,优选碳原子数1至5的烷氧基。
作为这样的烷氧基,例如可举出甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、1-甲基正丁氧基、2-甲基正丁氧基、3-甲基正丁氧基、1,1-二甲基正丙氧基、1,2-二甲基正丙氧基、2,2-二甲基正丙氧基、1-乙基正丙氧基、正己氧基、1-甲基正戊氧基、2-甲基正戊氧基、3-甲基正戊氧基、4-甲基正戊氧基、1,1-二甲基正丁氧基、1,2-二甲基正丁氧基、1,3-二甲基正丁氧基、2,2-二甲基正丁氧基、2,3-二甲基正丁氧基、3,3-二甲基正丁氧基、1-乙基正丁氧基、2-乙基正丁氧基、1,1,2-三甲基正丙氧基、1,2,2-三甲基正丙氧基、1-乙基-1-甲基正丙氧基、1-乙基-2-甲基正丙氧基、正庚氧基、正辛氧基、正壬氧基、正癸氧基、正十一烷氧基、正十二烷氧基、正十三烷氧基、正十四烷氧基、正十五烷氧基、正十六烷氧基、正十七烷氧基、正十八烷氧基、正十九烷氧基、正二十烷氧基、环丙氧基、环丁氧基、环戊氧基、环己氧基及环庚氧基等。
其中,优选甲氧基、乙氧基及正丙氧基等。
作为包含来自式(1)表示的第1单体的结构单元、及来自第2单体的结构单元的(所述第2单体具有能够通过热而在(A)成分的聚合物彼此之间、或(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物之间形成共价键的基团(基团(x)),所述基团(x)优选为选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及上述式(2)表示的基团组成的组中的至少一种)的共聚物的合成方法,下述方法是简便的,即,将具有式(1)结构的第1单体与第2单体进行聚合,所述第2单体具有能够通过热而在(A)成分的聚合物彼此之间、或(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物之间形成共价键的基团(基团(x)),所述基团(x)优选为选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及上述式(2)表示的基团组成的组中的至少一种。
作为具有选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及上述式(2)表示的基团组成的组中的至少一种的基团(x)的单体,例如可举出丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、甲基丙烯酸4-羟基丁酯、丙烯酸2,3-二羟基丙酯、甲基丙烯酸2,3-二羟基丙酯、丙三醇单甲基丙烯酸酯、二乙二醇单丙烯酸酯、二乙二醇单甲基丙烯酸酯、己内酯2-(丙烯酰氧基)乙酯、己内酯2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯、聚(乙二醇)丙烯酸酯、聚(丙二醇)丙烯酸酯、聚(乙二醇)乙基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)乙基醚甲基丙烯酸酯、5-丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧基-6-内酯、及5-甲基丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧基-6-内酯等具有羟基的单体;丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、邻苯二甲酸单-(2-(丙烯酰氧基)乙基)酯、邻苯二甲酸单-(2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)酯、N-(羧基苯基)马来酰亚胺、N-(羧基苯基)甲基丙烯酰胺、及N-(羧基苯基)丙烯酰胺等具有羧基的单体;羟基苯乙烯、N-(羟基苯基)甲基丙烯酰胺、N-(羟基苯基)丙烯酰胺、N-(羟基苯基)马来酰亚胺、及N-(羟基苯基)马来酰亚胺等具有酚式羟基的单体;丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺等具有酰胺基的单体;3-丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧三乙氧基硅烷等具有烷氧基甲硅烷基的单体;丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙酯(乙二醇单乙酰乙酸酯单甲基丙烯酸酯)等具有上述式(2)表示的基团的单体;2-丙烯酰氧基乙基异氰酸酯、2-甲基丙烯酰氧基乙基异氰酸酯等具有异氰酸酯基的单体;甲基丙烯酸2-(0-[1’-甲基亚丙基氨基]羧基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-[(3,5-二甲基吡唑基)羰基氨基]乙酯、二乙基2-((2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)氨基甲酰基)丙二酸酯等具有封端异氰酸酯基的单体。
另外,本发明的固化膜形成用树脂组合物中含有的(A)成分也可以为具有下述结构单元的共聚物,所述结构单元为:来自式(1)表示的单体的结构单元;来自具有选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及上述式(2)表示的基团组成的组中的至少一种的基团(x)的单体的结构单元;以及来自上述以外的单体的结构单元。
作为这样的共聚物的合成方法,下述方法是简便的方法,即,将式(1)表示的单体、具有选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及上述式(2)表示的基团组成的组中的至少一种的基团(x)的单体(以下,也将羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及上述式(2)表示的基团称为特定官能团1)、以及上述以外的单体(以下也称为第3单体)进行聚合的方法。
需要说明的是,关于式(1)表示的单体、及具有上述至少一种的基团(x)的单体,如上所述。上述第3单体是指除第1、第2单体以外的单体。
作为这样的单体的具体例,可举出丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、马来酰亚胺化合物、丙烯腈、马来酸酐、苯乙烯化合物及乙烯基化合物等。
以下,举出第3单体的具体例,但并不限定于这些。
作为上述丙烯酸酯化合物,例如可举出丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸苄基酯、丙烯酸萘基酯、丙烯酸蒽基酯、丙烯酸蒽基甲酯、丙烯酸苯基酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸四氢糠基酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、及丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯等。
作为上述甲基丙烯酸酯化合物,例如可举出甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸苄基酯、甲基丙烯酸萘基酯、甲基丙烯酸蒽基酯、甲基丙烯酸蒽基甲酯、甲基丙烯酸苯基酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙基酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸四氢糠基酯、甲基丙烯酸3-甲氧基丁酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、γ-丁内酯甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、及甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯等。
作为上述乙烯基化合物,例如可举出甲基乙烯基醚、苄基乙烯基醚、乙烯基萘、乙烯基咔唑、烯丙基缩水甘油醚、及3-乙烯基-7-氧杂双环[4.1.0]庚烷等。
作为上述苯乙烯化合物,例如可举出苯乙烯、甲基苯乙烯、氯苯乙烯、及溴苯乙烯等。
作为上述马来酰亚胺化合物,例如可举出马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、及N-环己基马来酰亚胺等。
对于用于得到特定共聚物的各单体的使用量而言,优选的是,基于全部单体的总量,式(1)表示的单体为10至90摩尔%,具有选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及上述式(2)表示的基团组成的组中的至少一种的基团(x)的单体为10至90摩尔%。具有特定官能团1的单体的含量少于10摩尔%时,存在难以赋予充分的热固性的情况,并存在难以维持得到的固化膜的耐溶剂性的情况。
另外,得到特定共聚物时并用第3单体的情况下,其使用量优选基于全部单体的总量为90摩尔%以下。
得到本发明中使用的特定共聚物的方法没有特别限定,例如,可在共存有第1及第2单体、根据期望添加的第3单体和聚合引发剂等的溶剂中,于50至110℃的温度下通过聚合反应而得到。此时,使用的溶剂只要为溶解第1及第2单体、根据期望使用的第3单体及聚合引发剂等的溶剂则没有特别限定。作为具体例,记载于后述的<溶剂>中。
由上述方法得到的特定共聚物通常为溶解于溶剂的溶液状态。
另外,将由上述方法得到的特定共聚物的溶液投入搅拌下的乙醚、水等中使其再沉淀,并将生成的沉淀物进行过滤·洗涤,然后在常压或减压下进行常温干燥或加热干燥,从而可形成特定共聚物的粉体。通过上述操作,能够将与特定共聚物共存的聚合引发剂及未反应的单体除去,结果可得到经纯化的特定共聚物的粉体。以一次操作无法充分地纯化的情况下,可以将得到的粉体再溶解于溶剂中,反复进行上述操作。
本发明中,特定共聚物可以以粉体形态使用,或者以将经纯化的粉末再溶解于后述溶剂而得到的溶液形态使用。
另外,本发明中,(A)成分的特定共聚物可以为多种特定共聚物的混合物。
2.(B)成分
本发明的固化膜形成组合物中含有的(B)成分为除成分(A)以外的聚合物,其是基于聚合物的总重量基准的氟含有率少于(A)成分的聚合物。(B)成分为不包含氟原子、或者即使包含也是微量的贫氟聚合物,本树脂组合物被涂布于基板上时,(B)成分在涂布层的基板侧相对而言以高浓度存在。基于聚合物的总重量,(B)成分的聚合物中的氟含有率优选小于5重量%。
本发明的固化膜形成用树脂组合物中含有的(B)成分为即使包含来自具有上述式(1)结构的单体的结构单元时、其基于重量换算的含有率也少于(A)成分的聚合物。
对于本发明的固化膜形成用树脂组合物而言,除(A)成分外,还混合有作为(B)成分的其他聚合物,采用所谓聚合物共混物(polymer blend)的形态。
在该聚合物共混物中,通过适当调节所含有的聚合物((A)成分、(B)成分、及其他聚合物)的结构等,在形成固化膜时,能够在膜内的厚度方向上产生各聚合物的浓度梯度,因此可作为有用的手段而进行利用。
例如,亲拒液性的变化存在问题的仅是膜表面,因此从该观点考虑,本发明的具有氟烷基的聚合物仅存在于固化膜的上层(表面层)即可。
关于各成分的配合比例,在“固化膜形成组合物的制备”一项中进行陈述。
通过进行上述聚合物共混,能够降低通常而言昂贵的含氟化合物的使用量,能够得到具有充分的性能且廉价的材料。另外,通过选择适当结构的(B)成分,能够赋予制膜性的提高、与基板的密合性提高等效果。
如上所述,为了使固化膜的下层成为低拒液层、上层成为亲拒液性转换层,也可以将这些层依次层叠来制作,但操作繁杂。
此时,将低拒液性的材料与亲拒液性转换层的材料(即本发明的(A)成分的聚合物)混合,此时若使上层材料的极性或分子量小于下层,则在将混合液涂布于基板并进行干燥而使溶剂蒸发期间,上层的材料向表面移动而显示出形成层的行为,因此能够容易地控制上述浓度梯度(此处称为层分离)。
作为可形成上述下层的膜的形成材料,最优选丙烯酸聚合物。
作为可用作下层材料的其他材料,可举出环氧树脂、丙烯酸树脂、聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯基苯酚、聚异丁烯、聚酯、聚酰亚胺等通常的有机聚合物。
另外,将上述聚合物共混物用于例如要求膜厚400nm左右的用途时,为了防止固化膜表面物性在面内的不均变大,优选含有至少5重量%以上的该(A)成分的聚合物。
作为(B)成分,优选具有N-烷氧基甲基、和包含C=C双键的聚合性基团作为单元结构的聚合物。
作为N-烷氧基甲基的N、即氮原子,可举出酰胺的氮原子、硫代酰胺的氮原子、脲的氮原子、硫脲的氮原子、氨基甲酸酯的氮原子、与含氮杂环的氮原子的邻位键合的氮原子等。因此,作为N-烷氧基甲基,可举出在选自酰胺的氮原子、硫代酰胺的氮原子、脲的氮原子、硫脲的氮原子、氨基甲酸酯的氮原子、与含氮杂环的氮原子的邻位键合的氮原子等中的氮原子上键合烷氧基甲基而成的结构。
作为提供N-烷氧基甲基的单体,只要为具有上述基团的单体即可,优选可举出例如下述式(b1)表示的化合物。
(式中,R11表示氢原子或甲基,R12表示氢原子或直链或分支的碳原子数1至10的烷基。)
作为上述烷基,例如可举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、1-甲基正丁基、2-甲基正丁基、3-甲基正丁基、1,1-二甲基正丙基、1,2-二甲基正丙基、2,2-二甲基正丙基、1-乙基正丙基、正己基、1-甲基正戊基、2-甲基正戊基、3-甲基正戊基、4-甲基正戊基、1,1-二甲基正丁基、1,2-二甲基正丁基、1,3-二甲基正丁基、2,2-二甲基正丁基、2,3-二甲基正丁基、3,3-二甲基正丁基、1-乙基正丁基、2-乙基正丁基、1,1,2-三甲基正丙基、1,2,2-三甲基正丙基、1-乙基-1-甲基正丙基、1-乙基-2-甲基正丙基、正庚基、1-甲基正己基、2-甲基正己基、3-甲基正己基、1,1-二甲基正戊基、1,2-二甲基正戊基、1,3-二甲基正戊基、2,2-二甲基正戊基、2,3-二甲基正戊基、3,3-二甲基正戊基、1-乙基正戊基、2-乙基正戊基、3-乙基正戊基、1-甲基-1-乙基正丁基、1-甲基-2-乙基正丁基、1-乙基-2-甲基正丁基、2-甲基-2-乙基正丁基、2-乙基-3-甲基正丁基、正辛基、1-甲基正庚基、2-甲基正庚基、3-甲基正庚基、1,1-二甲基正己基、1,2-二甲基正己基、1,3-二甲基正己基、2,2-二甲基正己基、2,3-二甲基正己基、3,3-二甲基正己基、1-乙基正己基、2-乙基正己基、3-乙基正己基、1-甲基-1-乙基正戊基、1-甲基-2-乙基正戊基、1-甲基-3-乙基正戊基、2-甲基-2-乙基正戊基、2-甲基-3-乙基正戊基、3-甲基-3-乙基正戊基、正壬基、正癸基等。
作为这样的单体的具体例,可举出N-羟基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-甲氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺等经羟基甲基或烷氧基甲基取代的丙烯酰胺化合物或甲基丙烯酰胺化合物。需要说明的是,所谓(甲基)丙烯酰胺,是指甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺这两者。
(B)成分的聚合物可含有来自下述单体的结构单元,所述单体具有能够通过热而与(B)成分的其他聚合物、或(A)成分的聚合物形成共价键的基团(基团(x))。
例如,作为本发明的固化膜形成组合物中含有的(B)成分,可含有具有至少两个基团(x)(以下也称为特定官能团2。)的化合物,所述基团(x)选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及上述式(2)表示的基团组成的组。
关于作为(B)成分的高分子化合物,例如可举出丙烯酸聚合物、聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酯、聚酯多元羧酸、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚亚烷基亚胺、聚烯丙基胺、纤维素类(纤维素或其衍生物)、苯酚Novolac树脂等具有直链结构或分支结构的聚合物、及环糊精类等环状聚合物等。
关于作为(B)成分的高分子化合物,优选可举出丙烯酸聚合物、环糊精类、纤维素类、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、及苯酚Novolac树脂。
关于作为(B)成分的高分子化合物的一优选例的丙烯酸聚合物,只要是将丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯、乙烯基化合物等具有不饱和双键的单体进行聚合而得到的聚合物、且是通过使包含基团(x)的单体或其混合物进行聚合而得到的聚合物即可,对于构成丙烯酸聚合物的高分子的主链骨架以及侧链种类等没有特别限定。
作为具有选自由羟基、羧基、酰胺基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、及上述式(2)表示的基团组成的组中的至少一种的基团(x)的单体,例如可举出丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、甲基丙烯酸4-羟基丁酯、丙烯酸2,3-二羟基丙酯、甲基丙烯酸2,3-二羟基丙酯、二乙二醇单丙烯酸酯、二乙二醇单甲基丙烯酸酯、己内酯2-(丙烯酰氧基)乙酯、己内酯2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯、聚(乙二醇)乙基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)乙基醚甲基丙烯酸酯、5-丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧基-6-内酯、及5-甲基丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧基-6-内酯等具有羟基的单体;丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、邻苯二甲酸单-(2-(丙烯酰氧基)乙基)酯、邻苯二甲酸单-(2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)酯、N-(羧基苯基)马来酰亚胺、N-(羧基苯基)甲基丙烯酰胺、及N-(羧基苯基)丙烯酰胺等具有羧基的单体;羟基苯乙烯、N-(羟基苯基)甲基丙烯酰胺、N-(羟基苯基)丙烯酰胺、N-(羟基苯基)马来酰亚胺、及N-(羟基苯基)马来酰亚胺等具有酚式羟基的单体;丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺等具有酰胺基的单体;3-丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基三乙氧基硅烷等具有烷氧基甲硅烷基的单体;丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙酯(乙二醇单乙酰乙酸酯单甲基丙烯酸酯)等具有上述式(2)表示的基团的单体;2-丙烯酰氧基乙基异氰酸酯、2-甲基丙烯酰氧基乙基异氰酸酯等具有异氰酸酯基的单体;甲基丙烯酸2-(0-[1’-甲基亚丙基氨基]羧基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-[(3,5-二甲基吡唑基)羰基氨基]乙酯、二乙基2-((2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)氨基甲酰基)丙二酸酯等具有封端异氰酸酯基的单体。
另外,本发明中,在合成作为(B)成分的例子的丙烯酸聚合物时,只要不损害本发明的效果,可并用不具有特定官能团2的单体。
作为这样的单体的具体例,可举出丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、马来酰亚胺化合物、丙烯腈、马来酸酐、苯乙烯化合物及乙烯基化合物等。
作为丙烯酸酯化合物,例如可举出丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸苄基酯、丙烯酸萘基酯、丙烯酸蒽基酯、丙烯酸蒽基甲酯、丙烯酸苯基酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸四氢糠基酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、及丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯等。
作为甲基丙烯酸酯化合物,例如可举出甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸苄基酯、甲基丙烯酸萘基酯、甲基丙烯酸蒽基酯、甲基丙烯酸蒽基甲酯、甲基丙烯酸苯基酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸3-甲氧基丁酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、及甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯等。
作为马来酰亚胺化合物,例如可举出马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、及N-环己基马来酰亚胺等。
作为苯乙烯化合物,例如可举出苯乙烯、甲基苯乙烯、氯苯乙烯、溴苯乙烯等。
作为乙烯基化合物,例如可举出乙烯基醚、甲基乙烯基醚、苄基乙烯基醚、苯基乙烯基醚、及丙基乙烯基醚等。
基于为得到作为(B)成分的丙烯酸聚合物所使用的全部单体的总量,为得到作为(B)成分的例子的丙烯酸聚合物所使用的具有特定官能团2的单体的使用量优选为2重量%至100重量%。具有特定官能团2的单体过少时,存在得到的固化膜的涂布性不充分的情况。
另外,在得到丙烯酸聚合物时、并用不具有特定官能团2的单体的情况下,其使用量基于全部单体的总量优选为98重量%以下。
得到作为(B)成分的例子的丙烯酸聚合物的方法没有特别限定,例如,通过在共存有具有特定官能团2的单体、根据期望添加的不具有特定官能团2的单体、和聚合引发剂等的溶剂中,于50℃至110℃的温度下进行聚合反应,从而得到。此时,使用的溶剂只要为溶解具有特定官能团2的单体、根据期望使用的不具有特定官能团2的单体及聚合引发剂等的溶剂则没有特别限定。作为具体例,记载于后述的<溶剂>一项中。
由以上方法得到的作为(B)成分的例子的丙烯酸聚合物通常为溶解于溶剂的溶液状态。
另外,将由上述方法得到的作为(B)成分的例子的丙烯酸聚合物的溶液投入搅拌下的乙醚、水等中使其再沉淀,并将生成的沉淀物进行过滤·洗涤,然后在常压或减压下进行常温干燥或加热干燥,从而可形成作为(B)成分的例子的丙烯酸聚合物的粉体。通过上述操作,能够将与作为(B)成分的例子的丙烯酸聚合物共存的聚合引发剂及未反应的单体除去,结果可得到经纯化的作为(B)成分的例子的丙烯酸聚合物的粉体。以一次操作无法充分地纯化的情况下,可以将得到的粉体再溶解于溶剂中,反复进行上述操作。
作为(B)成分的优选例的丙烯酸聚合物的重均分子量优选为3,000至200,000,更优选为4,000至150,000,进一步优选为5,000至100,000。重均分子量大于200,000而变得过大时,存在在溶剂中的溶解性降低、操作性降低的情况,重均分子量小于3,000而变得过小时,存在热固化时固化不足、耐溶剂性及耐热性降低的情况。
关于作为(B)成分的高分子化合物的一优选例的环糊精类,可举出α-环糊精、β-环糊精及γ-环糊精等环糊精;甲基-α-环糊精、甲基-β-环糊精、及甲基-γ-环糊精等甲基化环糊精;羟甲基-α-环糊精、羟甲基-β-环糊精、羟甲基-γ-环糊精、2-羟乙基-α-环糊精、2-羟乙基-β-环糊精、2-羟乙基-γ-环糊精、2-羟丙基-α-环糊精、2-羟丙基-β-环糊精、2-羟丙基-γ-环糊精、3-羟丙基-α-环糊精、3-羟丙基-β-环糊精、3-羟丙基-γ-环糊精、2,3-二羟丙基-α-环糊精、2,3-二羟丙基-β-环糊精、及2,3-二羟丙基-γ-环糊精等羟烷基环糊精等,例如,优选羟烷基环糊精。
关于作为(B)成分的高分子化合物的一优选例的纤维素类,可举出羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等羟烷基纤维素类、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基乙基纤维素等羟烷基烷基纤维素类及纤维素等,例如,优选羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等羟烷基纤维素类。
接着,关于作为(B)成分的高分子化合物的一优选例的聚醚多元醇,可举出在聚乙二醇、聚丙二醇、丙二醇、双酚A、三乙二醇、山梨糖醇等多元醇上加成有环氧丙烷、聚乙二醇、聚丙二醇等而得到的物质。作为聚醚多元醇的具体例,可举出ADEKA制Adeka polyetherP系列、G系列、EDP系列、BPX系列、FC系列、CM系列、日油制Uniox(注册商标)HC-40、HC-60、ST-30E、ST-40E、G-450、G-750、Uniol(注册商标)TG-330、TG-1000、TG-3000、TG-4000、HS-1600D、DA-400、DA-700、DB-400、Nonion(注册商标)LT-221、ST-221、OT-221等。
关于作为(B)成分的高分子化合物的一优选例的聚酯多元醇,可举出使乙二醇、丙二醇、丁二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等二醇与己二酸、癸二酸、间苯二甲酸等多元羧酸反应而得到的物质。作为聚酯多元醇的具体例,可举出DIC制Polylite(注册商标)OD-X-286、OD-X-102、OD-X-355、OD-X-2330、OD-X-240、OD-X-668、OD-X-2108、OD-X-2376、OD-X-2044、OD-X-688、OD-X-2068、OD-X-2547、OD-X-2420、OD-X-2523、OD-X-2555、OD-X-2560、Kurarry制多元醇P-510、P-1010、P-2010、P-3010、P-4010、P-5010、P-6010、F-510、F-1010、F-2010、F-3010、P-1011、P-2011、P-2013、P-2030、N-2010、PNNA-2016等。
关于作为(B)成分的高分子化合物的一优选例的聚碳酸酯多元醇,可举出使碳酸二乙酯、碳酸二苯酯、碳酸亚乙酯等与三羟甲基丙烷、乙二醇等多元醇反应而得到的物质。作为聚碳酸酯多元醇的具体例,可举出Daicel化学制Placcel(注册商标)CD205、CD205PL、CD210、CD220、Kurarry制聚碳酸酯二醇C-590、C-1050、C-2050、C-2090、C-3090等。
关于作为(B)成分的高分子化合物的一优选例的聚己内酯多元醇,可举出将三羟甲基丙烷、乙二醇等多元醇作为引发剂使ε-己内酯进行开环聚合而得到的物质。作为聚己内酯多元醇的具体例,可举出DIC制Polylite(注册商标)OD-X-2155、OD-X-640、OD-X-2568、Daicel化学制Placcel(注册商标)205、L205AL、205U、208、210、212、L212AL、220、230、240、303、305、308、312、320等。
关于作为(B)成分的高分子化合物的一优选例的苯酚Novolac树脂,例如可举出苯酚(phenol)-甲醛缩聚物等。
在本发明的固化膜形成用树脂组合物中,(B)成分的化合物可以以粉体形态使用,或者也可以以将经纯化的粉末再溶解于后述的溶剂中而得到的溶液形态使用。
另外,在本发明的固化膜形成用树脂组合物中,(B)成分可以为单独一种,也可以为多种作为(B)成分示例的化合物的混合物。
相对于(A)成分10质量份而言,本发明的固化膜形成用树脂组合物中的(B)成分的含量依次更优选5至95质量份、30至95质量份、50至95质量份、60至95质量份、80至95质量份。(B)成分的含量过大时,存在图像形成能力降低这样的问题。过少时,存在制膜性降低这样的问题。
3.(C)成分
除(A)成分、(B)成分及溶剂外,本实施方式的固化膜形成用树脂组合物还含有作为(C)成分的光产酸剂。
(C)成分的光产酸剂只要为照射紫外线时发生光分解而产生酸的化合物则没有特别限定。
作为光产酸剂发生光分解时产生的酸,例如可举出盐酸、甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸、丁磺酸、戊磺酸、辛磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、樟脑磺酸、三氟甲磺酸、对羟基苯磺酸、2-萘磺酸、1,3,5-三甲基苯磺酸、对二甲苯-2-磺酸、间二甲苯-2-磺酸、4-乙基苯磺酸、1H,1H,2H,2H-全氟辛磺酸、全氟(2-乙氧基乙烷)磺酸、五氟乙磺酸、九氟-1-丁磺酸、十二烷基苯磺酸等磺酸或其水合物、盐等。
作为通过光而产生酸的化合物,例如可举出双(甲苯磺酰氧基)乙烷、双(甲苯磺酰氧基)丙烷、双(甲苯磺酰氧基)丁烷、甲苯磺酸对硝基苄基酯、甲苯磺酸邻硝基苄基酯、1,2,3-亚苯基三(甲磺酸酯)、对甲苯磺酸吡啶盐、对甲苯磺酸吗啉盐、对甲苯磺酸乙酯、对甲苯磺酸丙酯、对甲苯磺酸丁酯、对甲苯磺酸异丁酯、对甲苯磺酸甲酯、对甲苯磺酸苯乙酯、对甲苯磺酸氰基甲酯、对甲苯磺酸2,2,2-三氟乙酯、对甲苯磺酸2-羟基丁酯、N-乙基对甲苯磺酰胺、下述式[PAG-1]~式[PAG-41]表示的化合物等。
将(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物的总质量作为100质量份时,本发明的固化膜形成用树脂组合物中的(C)成分的含量优选为0.1质量份至20质量份,更优选为0.5质量份至20质量份,进一步优选为1质量份至15质量份,最优选为5质量份至15质量份。(C)成分的含量多于20质量份时,存在组合物的保存稳定性降低的情况。
4.(D)成分
本发明涉及的固化膜形成用树脂组合物还可以含有作为(D)成分的每一分子具有两个以上的能够与基团(x)发生热反应的基团的化合物。(D)成分为交联剂,并且是任选地引入组合物中的成分。例如,为具有能够通过热反应而与(A)、(B)成分所具有的羟基等形成交联结构的结构的化合物。
以下,举出具体例,但并不限定于此。热交联剂例如优选为(D-1)酚醛塑料系化合物、(D-2)环氧系化合物、(D-3)每一分子具有两个以上的异氰酸酯基或封端异氰酸酯基的交联性化合物、(D-4)每一分子具有两个以上米氏酸(meldrum’s acid)结构的交联性化合物。另外,基团(x)为异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、烷氧基甲硅烷基时,可以将每一分子具有两个以上的基团(x)的化合物用作交联剂。这些交联剂可以单独使用或以两种以上的组合进行使用。
作为(D-1)酚醛塑料系化合物的具体例,例如可举出2,6-双(羟基甲基)苯酚、2,6-双(羟基甲基)甲酚、2,6-双(羟基甲基)-4-甲氧基苯酚、3,3’,5,5’-四(羟基甲基)联苯基-4,4’-二醇、3,3’-亚甲基双(2-羟基-5-甲基苯甲醇)、4,4’-(1-甲基亚乙基)双[2-甲基-6-羟基甲基苯酚]、4,4’-亚甲基双[2-甲基-6-羟基甲基苯酚]、4,4’-(1-甲基亚乙基)双[2,6-双(羟基甲基)苯酚]、4,4’-亚甲基双[2,6-双(羟基甲基)苯酚]、2,6-双(甲氧基甲基)苯酚、2,6-双(甲氧基甲基)甲酚、2,6-双(甲氧基甲基)-4-甲氧基苯酚、3,3’,5,5’-四(甲氧基甲基)联苯基-4,4’-二醇、3,3’-亚甲基双(2-甲氧基-5-甲基苯甲醇)、4,4’-(1-甲基亚乙基)双[2-甲基-6-甲氧基甲基苯酚]、4,4’-亚甲基双[2-甲基-6-甲氧基甲基苯酚]、4,4’-(1-甲基亚乙基)双[2,6-双(甲氧基甲基)苯酚]、4,4’-亚甲基双[2,6-双(甲氧基甲基)苯酚]等。也可以以市售品形式获得,作为其具体例,可举出26DMPC、46DMOC、DM-BIPC-F、DM-BIOC-F、TM-BIP-A、BISA-F、BI25X-DF、BI25X-TPA(以上为旭有机材工业(株)制)等。
这些交联性化合物可以单独使用或者组合两种以上而使用。
另外,本发明的固化膜形成用树脂组合物可含有环氧系化合物作为(D-2)成分。
作为环氧系化合物,例如可含有式(d2)表示的交联性化合物。
(式中,k表示2~10的整数,m表示0~4的整数,R21表示k价有机基团)
该成分只要是具有式(d2)表示的氧化环烯烃结构的化合物则没有特别限定。作为其具体例,可举出下述式D-2-1及D-2-2、以下所示的市售品等。
作为市售品,可举出Epolead GT-401、Epolead GT-403、Epolead GT-301、EpoleadGT-302、Celloxide 2021、Celloxide 3000(Daicel化学工业(株)制商品名)、作为脂环式环氧树脂的Denacol EX-252(Nagase ChemteX(株)制商品名)、CY175、CY177、CY179(以上为CIBA-GEIGY A.G制商品名)、Araldite CY-182、Araldite CY-192、Araldite CY-184(以上为CIBA-GEIGY A.G制商品名)、Epiclon 200、Epiclon 400(以上为DIC(株)制商品名)、Epikote 871、Epikote 872(以上为Shell Epoxy环氧(株)制商品名)、ED-5661、ED-5662(以上为Celanese coating(株)制商品名)等。另外,可使用以Cyclomer M-100((株)Daicel制商品名)等作为原料而得到的聚合物。
另外,作为环氧系化合物,例如可使用具有下述式(D-2-3)的部分结构的化合物。
(式中,p表示2~10的整数,R31表示p价有机基团。)
只要为具有式(D-2-3)表示的环氧乙烷结构的化合物则没有特别限定。作为其具体例,可举出下述式(D-2-4)、以下所示的市售品等。
作为市售品,作为双酚A型环氧树脂,例如可举出“Epikote 828”、“Epikote 834”、“Epikote 1001”、“Epikote 1004”(商品名,均为Japan Epoxy Resin公司制)、“Epiclon850”、“Epiclon 860”、“Epiclon 4055”(商品名,均为大日本油墨化学工业(株)制)等。作为双酚F型环氧树脂,例如可举出“Epikote 807”(商品名,Japan Epoxy Resin(株)制)、“Epiclon 830”(商品名,大日本油墨化学工业(株)制)等。作为苯酚Novolac型环氧树脂,例如可举出“Epiclon N-740”、“Epiclon N-770”、“Epiclon N-775”(商品名,均为大日本油墨化学工业(株)制)、“Epikote 152”、“Epikote 154”(商品名,均为Japan Epoxy Resin(株)制)等。作为甲酚Novolac型环氧树脂,例如可举出“Epiclon N-660”、“Epiclon N-665”、“Epiclon N-670”、“Epiclon N-673”、“Epiclon N-680”、“Epiclon N-695”、Epiclon N-665-EXP”、Epiclon N-672-EXP”(商品名,均为大日本油墨化学工业(株)制)等。作为缩水甘油胺型环氧树脂,例如可举出“Epiclon 430”、“Epiclon 430-L”(商品名,大日本油墨化学工业(株)制)、“TETRAD-C”、“TETRAD-X”(商品名,均为三菱气体化学(株)制)、“Epikote604”、“Epikote 630”(商品名,均为Japan Epoxy Resin(株)制)、“Sumiepoxy ELM120”、“Sumiepoxy ELM100”、“Sumiepoxy ELM434”、“Sumiepoxy ELM434HV”(商品名,均为住友化学工业(株)制)、“Epotohto YH-434”、“Epotohto YH-434L”(商品名,均为东都化成(株)制)、“Araldite MY-720”(商品名,Asahi Chiba(株)制)等。另外,可以使用将甲基丙烯酸缩水甘油酯等作为原料而得到的聚合物。
这些交联性化合物可以单独使用或组合两种以上而使用。
(D-3)成分只要为在1分子中具有两个以上的异氰酸酯基或封端异氰酸酯基的化合物则没有特别限定。作为其具体例,可举出如下所示的市售品等。
作为市售品,可举出B-830、B-815N、B-842N、B-870N、B-874N、B-882N、B-7005、B-7030、B-7075、B-5010(以上为三井化学(株)制)、Duranate(注册商标)17B-60PX、DuranateTPA-B80E、Duranate MF-B60X、Duranate MF-K60X、Duranate E402-B80T(以上为Asahikasei Chemicals(株)制)等。
另外,可以使用将Karenz(注册商标)AOI、Karenz MOI、Karenz MOI-BM、KarenzMOI-BP、Karenz MOI-DEM(以上为昭和电工(株)制)等具有封端异氰酸酯基的单体等作为原料而得到的聚合物。
(D-4)成分为每一分子具有两个以上的米氏酸结构的交联性化合物。其中,优选为下述式[A]表示的化合物。
(式中,W1表示k1价有机基团。V1表示-H、-OH、-SR、-OR或-NHR,R表示可以在任意位置含有苯环、环己烷环、杂环、氟、醚键、酯键、酰胺键的碳原子数为1~35的一价有机基团。k1表示1~8的整数。)
k1为2时,作为W1,优选C2~C10的直链、分支或环状的亚烷基。这样的化合物及其制造方法记载于国际专利申请公开WO2012/091089号公报中。
作为这样的化合物,尤其优选为下述式D4表示的化合物。
上述式[A]表示的交联剂可以为一种,另外,也可以并用两种以上。
另外,基团(x)为异氰酸酯基、封端异氰酸酯基、烷氧基甲硅烷基时,可以将每一分子具有两个以上的基团(x)的化合物用作交联剂。
作为其具体例,例如可举出季戊四醇、二季戊四醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、己二酸、己二酰二胺、1-(4-(2-(4-(3-氧代丁基)-苯氧基)-乙氧基)-苯基)-丁烷-1,3-二酮、1,4-丁二醇二乙酰乙酸酯等。
另外,作为每1分子链具有两个以上的基团(x)的高分子化合物,可以使用作为(B)成分而规定的聚合物中每1分子链具有两个以上的基团(x)的聚合物。
这些中,从反应性及耐溶剂性的观点考虑,优选以具有米氏酸结构的交联性化合物、二乙基2-((2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)氨基甲酰基)丙二酸酯的单体为原料而得到的、具有封端异氰酸酯基的聚合物。
相对于(A)成分与(B)成分的合计100质量份,添加(D)成分作为上述交联剂时的含量为3~50质量份,优选为7~40质量份,更优选为10~30质量份。交联性化合物的含量少时,由交联性化合物形成的交联的密度不充分,因此有时无法得到使图案形成后的耐溶剂性提高的效果。另一方面,大于50质量份时,存在未交联的交联性化合物,图案形成后的耐热性、耐溶剂性、对长时间烧成的耐受性等降低,另外,存在固化膜形成用树脂组合物的保存稳定性变差的情况。
5.其他添加剂
本发明的实施方式的固化膜形成用树脂组合物可含有其他添加剂,只要不损害本发明的效果即可。
作为其他添加剂,例如可含有敏化剂。对于敏化剂而言,在由本实施方式的固化膜形成组合物形成本发明的实施方式的固化膜时,在促进其光反应方面是有效的。
作为敏化剂,可举出二苯甲酮、蒽、蒽醌及噻吨酮等的衍生物以及硝基苯基化合物等。这些中,作为二苯甲酮的衍生物的N,N-二乙基氨基二苯甲酮以及作为硝基苯基化合物的2-硝基芴、2-硝基芴酮、5-硝基苊、4-硝基联苯、4-硝基肉桂酸、4-硝基茋、4-硝基二苯甲酮、5-硝基吲哚是尤其优选的。
这些敏化剂并不特别限定于上述物质。这些可单独或并用两种以上的化合物。
在本发明的实施方式中,相对于(A)成分、(B)成分以及(C)成分的总量100质量份而言,敏化剂的使用比例优选为0.1质量份至20质量份,更优选为0.2质量份至10质量份。该比例过小时,存在无法充分地获得作为敏化剂的效果的情况,过大时,存在形成的固化膜的透射率降低或者涂膜变得粗糙的情况。
另外,对于本发明的实施方式的固化膜形成组合物而言,只要不损害本发明的效果,则可含有硅烷偶联剂、表面活性剂、流变性调节剂、颜料、染料、保存稳定剂、消泡剂、抗氧化剂等作为其他添加剂。
6.溶剂
本发明的实施方式的固化膜形成用树脂组合物大多以溶解于溶剂的溶液状态使用。此时使用的溶剂为溶解(A)成分、(B)成分及(C)成分、根据需要添加的(D)成分、及/或其他添加剂的物质,只要为具有这样的溶解能力的溶剂,则其种类及结构等没有特别限定。
若举出溶剂的具体例,例如可举出乙二醇单甲醚、乙二醇单乙基醚、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙基醚、丙二醇、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇丙基醚乙酸酯、环戊基甲醚、异丙醇、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、环戊酮、环己酮、2-丁酮、3-甲基-2-戊酮、2-戊酮、2-庚酮、γ-丁内酯、2-羟基丙酸乙酯、2-羟基-2-甲基丙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、羟基乙酸乙酯、2-羟基-3-甲基丁酸甲酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、以及N-甲基吡咯烷酮等。
这些溶剂可以单独使用一种或以二种以上的组合使用。这些溶剂中,丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、环己酮、2-庚酮、丙二醇丙基醚、丙二醇丙基醚乙酸酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯及3-乙氧基丙酸甲酯的成膜性良好且安全性高,因此是更优选的。
将从本发明涉及的固化膜形成用树脂组合物中除去溶剂而得到的成分视为固态成分时,固态成分相对于该组合物的比例为例如1质量%以上且30质量%以下。
7.固化膜形成组合物的制备
本发明涉及的固化膜形成用树脂组合物含有:作为(A)成分的包含来自第1单体的结构单元的聚合物,所述第1单体具有上述式(1)结构;作为(B)成分的除成分(A)以外的聚合物,其是基于聚合物的总重量基准的氟含有率少于(A)成分的聚合物;作为(C)成分的光产酸剂;和溶剂。另外,可以含有作为(D)成分的交联剂。而且,只要不损害本发明的效果,可含有其他添加剂。
(A)成分与(B)成分的配合比以质量比计优选为5∶95至45∶55。(B)成分的含量过大时,存在图像形成能力降低这样的问题;过少时,存在制膜性降低这样的问题。
本发明涉及的固化膜形成用树脂组合物的优选例如下所述。
[1]:固化膜形成用树脂组合物,其以(A)成分:(B)成分的质量比5-15∶85-95含有作为(A)成分的包含来自具有上述式(1)结构的第1单体的结构单元的聚合物、和作为(B)成分的除成分(A)以外的聚合物,所述(B)成分是基于聚合物的总重量基准的氟含有率少于(A)成分的聚合物,
并且相对于(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物的总量100质量份,含有0.1质量份至20质量份的(C)成分的光产酸剂、
及溶剂。
[2]:固化膜形成用树脂组合物,其以(A)成分:(B)成分的质量比5-15∶85-95含有作为(A)成分的包含来自具有上述式(1)结构的第1单体的结构单元的聚合物、和作为(B)成分的除成分(A)以外的聚合物,所述(B)成分是基于聚合物的总重量基准的氟含有率少于(A)成分的聚合物,
并且相对于(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物的总量100质量份,含有
0.1质量份至20质量份的(C)成分的光产酸剂、
3质量份至40质量份的(D)成分、及
溶剂。
以下详细陈述以溶液形式使用本发明涉及的固化膜形成组合物时的配合比例、制备方法等。
对于本实施方式的固化膜形成组合物中的固态成分的比例而言,只要各成分均匀地溶解于溶剂中,则没有特别限定,为1质量%至80质量%,优选为3质量%至60质量%,更优选为5质量%至40质量%。此处,所谓固态成分,是指从固化膜形成组合物的全部成分中除去溶剂而得到的成分。
本实施方式的固化膜形成组合物的制备方法没有特别限定。作为制备方法,例如可举出下述方法:向溶解于溶剂而得到的(B)成分的溶液中以规定的比例混合(A)成分及(C)成分、以及(D)成分,制成均匀溶液的方法;或者,在该制备方法的适当阶段,根据需要还添加其他添加剂并进行混合的方法。
在本实施方式的固化膜形成组合物的制备中,可直接使用由溶剂中的聚合反应而得到的特定共聚物的溶液。在该情况下,例如,向已调配有(B)成分丙烯酸聚合物的溶液中加入(A)成分、(C)成分、(D)成分和其他任意成分,制成均匀溶液。此时,为了调节浓度,可以进一步追加投入溶剂。此时,(B)成分的调配过程中使用的溶剂、和固化膜形成组合物的浓度调节中使用的溶剂可以相同,还可以不同。
另外,优选将制备的固化膜形成组合物的溶液用孔径为0.2μm左右的过滤器等进行过滤后再进行使用。
8.涂膜及固化膜的制造方法
利用浸渍法、旋涂法、转印印刷法、辊涂法、喷墨法、喷雾法、刷涂等,将本发明的固化膜形成用树脂组合物涂布于聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺等常用的塑料基板、玻璃基板等上,然后,利用加热板或烘箱等对该涂膜进行干燥·加热处理,由此形成可用作图像形成用下层膜、绝缘膜的图案化用固化膜。
作为上述加热处理的方法,没有特别限定,可示例使用加热板、烘箱并在适当的气氛下即大气、氮等非活性气体、真空中等进行的方法。
为抑制(A)成分的式(1)结构及(C)成分的光产酸剂的分解,烧成温度优选为200℃以下。
烧成可具备两阶段以上的温度变化。通过阶段性地进行烧成,能够使得到的膜的均匀性进一步提高。
如上所述制作的本发明的固化膜用作图像形成用下层膜时,若膜厚过薄,则照射紫外线后的图案化性降低,另外,过厚时,损害表面的均匀性。因此,作为其膜厚,优选5nm至1,000nm,更优选10nm至800nm,最优选20nm至500nm。
另外,本发明的固化膜的绝缘性充分高时,也可作为绝缘膜发挥功能。在该情况下,该固化膜在例如有机FET元件中直接配置于栅电极上,作为栅极绝缘膜使用。此时,为了确保绝缘性,优选该固化膜的膜厚较上述作为图像形成用下层膜使用时的情况而言更厚。作为其膜厚,优选为20nm至1,000nm,更优选为50nm至800nm,最优选为100nm至500nm。
如上所述,对于本发明的固化膜而言,以富氟聚合物(成分(A))和贫氟聚合物(成分(B))形成两层或浓度梯度的方式,将本发明涉及的树脂组合物涂布于基板上,通过加热将该未干燥涂布膜进行干燥,制成图案化用固化膜,此时,富氟聚合物彼此、贫氟聚合物彼此、或富氟聚合物与贫氟聚合物之间产生交联,图案化用固化膜变得不溶于图像形成液,并且贫氟聚合物与富氟聚合物以在膜的厚度方向上局域性地存在的状态被固定。存在下述情况:通过其结构或特性来直接确定如上所述的固化膜是不可能的、或者几乎是不切实际。
9.作为图像形成用下层膜的用途:图像形成用电极的制造方法
对本发明的图像形成用下层膜以图案状照射紫外线,接着,涂布后述的图像形成液,由此能够制造图像形成用电极。
本发明中,对上述图像形成用下层膜以图案状照射紫外线的方法没有特别限定,例如可举出隔着描绘有电极图案的掩模进行照射的方法、使用激光来描绘电极图案的方法等。
作为上述掩模,其材质、形状没有特别限定,只要使得需要电极的区域透过紫外线、除此以外的区域不透过紫外线即可。
此时,通常而言,可以将具有200nm至500nm的范围的波长的紫外线用于照射,优选介由滤波器等选择适当波长。具体而言,可举出248nm、254nm、303nm、313nm、365nm等波长。尤其优选为365nm。
对于本发明的图像形成用下层膜而言,通过照射紫外线,从而其表面能逐渐上升,随着充分的照射量而达到饱和。该表面能的上升带来图像形成液的接触角的降低,结果,紫外线照射部中的图像形成液的润湿性提高。
因此,在照射紫外线后的本发明的图像形成用下层膜上涂布图像形成液时,图像形成液沿着在图像形成用下层膜上以表面能的差异的形式描绘的图案形状而自组织地形成图案,能够得到任意图案形状的电极。
因此,就针对图像形成用下层膜的紫外线的照射量而言,需要照射使图像形成液的接触角充分变化的量,从能量效率及缩短制造工序的时间等观点考虑,优选为40J/cm2以下,更优选为20J/cm2以下,最优选为10J/cm2以下。
另外,图像形成液在图像形成用下层膜的紫外线照射部与未照射部的接触角之差越大,图案化越容易,越能够将电极加工成复杂的图案形状、微细的图案形状。使用表面张力低的溶液时,曝光部与未曝光部的接触角差优选为5°以上,更优选为10°以上,最优选为20°以上。但是,优选考虑图像形成液的涂布方法、图像形成液的表面张力、图像的精细度、膜的平坦性来适当优化。
基于同样的理由,优选的是,图像形成液的接触角在紫外线未照射部为30°以上、在紫外线照射部为20°以下。
所谓本发明中的图像形成液,是指涂布于基板后使其中包含的溶剂蒸发从而可作为功能性薄膜使用的涂布液,例如,可举出电荷传输性物质溶解或均匀地分散于至少一种溶剂中而得到的溶液。此处,所谓电荷传输性,与导电性含义相同,是指空穴传输性、电子传输性、空穴和电子两种电荷传输性中的任一者。
作为上述电荷传输性物质,只要具有能够传输空穴或电子的导电性,则没有特别限定。作为其例子,例如可举出金、银、铜、铝等金属微粒、炭黑、富勒烯类、碳纳米管等无机材料、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚芴以及它们的衍生物等有机π共轭聚合物等。
另外,为了提高电荷传输物质的电荷传输能力,可以将卤素、路易斯酸、质子酸、过渡金属化合物(作为具体例,Br2、I2、Cl2、FeCl3、MoCl5、BF4、AsF6、SO4、HNO4、H2SO4、聚苯乙烯磺酸等)等电荷接受性物质、或者碱金属、烷基铵离子(作为具体例,Li、Na、K、Cs、四亚乙基铵、四丁基铵等)等电荷供与性物质作为掺杂剂进一步加入到图像形成液中。
作为图像形成液的溶剂,只要为使上述电荷传输性物质或掺杂剂溶解或均匀地分散的物质则没有特别限定。从得到精确的电极图像(图案)的观点考虑,图像形成液的表面张力优选为25mN/m至50mN/m。表面张力过度低于上述范围时,相对紫外线未照射部而言,未显示出足够大的接触角,另外,表面张力过度高于上述范围时,紫外线照射部的接触角变高,紫外线的照射量增加,因此不优选。
作为图像形成液的溶剂,没有特别限定,可使用醇类、酮类、醚类、酯类、芳香族烃类、二醇类等各种有机溶剂。作为醇类,可举出甲醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、异戊醇、辛醇等。作为酮类,可举出丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮·二丙酮醇等。作为醚类,可举出醚·异丙基醚、二氧杂环己烷、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂等等。作为酯类,可举出乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸戊酯、乙酸溶纤剂、脂肪酸甲酯等。作为芳香族烃类,可举出苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯等。作为脂肪族烃类,可举出正己烷、异己烷、环己烷、矿物松节油(Mineral turpentine)、正戊烷等。作为二醇类,可举出乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丙二醇单甲醚等。
另外,从有机系的电荷传输性物质的溶解性优异的观点考虑,也优选N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、N-甲基己内酰胺、二甲基亚砜、四甲基脲等极性溶剂,对于这些溶剂而言,优选在对本发明的图像形成用下层膜的损害小的范围内使用。
另外,也可使用水等表面张力特别大的溶剂,优选添加表面活性剂等来调节表面张力。
图像形成液中的电荷传输性物质的浓度优选为0.01至30质量%,更优选为0.1至10质量%,最优选为1至5质量%。
作为本发明涉及的图像形成液的具体例,可举出Baytron(注册商标)P(聚乙烯二氧噻吩,拜耳公司制)等导电性聚合物溶液、Dotite XA-9069(藤仓化成公司制)、W4A(住友电工制)、NPS-J(Harima Kasei公司制)等银微粒分散液;等等。
本发明涉及的电极是通过如下方式制作的:在本发明的图像形成用下层膜上涂布上述图像形成液,形成图像后,使溶剂蒸发。作为溶剂的蒸发方法,没有特别限定,可以使用加热板、烘箱,在适当的气氛下即大气、氮等非活性气体、真空中等进行蒸发,从而得到均匀的成膜表面。
使溶剂蒸发的温度没有特别限定,优选于40至250℃进行。从实现图像形成用下层膜形状的维持及膜厚的均匀性等观点考虑,可具备两阶段以上的温度变化。
本发明的图像形成用下层膜中,在非图像形成部中,残留有未反应的光产酸剂、未脱离的拒液基团。为了提高图像形成用下层膜的可靠性,也可以在进行图像形成液的涂布后进行紫外线照射、加热、或在紫外线照射后进行加热,由此在图像形成用下层膜的非图像形成部进行反应。
由该图像形成液制成的电极不仅作为将电子设备彼此连接的布线使用,而且作为场效应晶体管、双极晶体管、各种二极管、各种传感器等电子设备的电极等使用。
本发明涉及的电子设备具有形成于上述本发明的图像形成用下层膜上的、由图像形成液制作的电极。
以下示出将本发明的图像形成用下层膜用于有机FET元件的例子,但本发明并不限定于此。
首先准备在一面成膜有ITO电极的玻璃基板。优选预先对基板进行利用洗涤剂、醇、纯水等液体洗涤而净化,并在即将使用前进行臭氧处理、氧-等离子体处理等表面处理。在带有ITO电极的基板上,按照前述的[涂膜及固化膜的制造方法]的步骤将本发明的固化膜形成用树脂组合物成膜。从兼顾驱动电压和电绝缘性的方面考虑,层的膜厚最优选设定为100nm至1000nm。然后,使用掩模等将紫外线以图案状进行照射。
接着,将使用了PGME等低表面张力溶剂的图像形成液涂布于图像形成用下层膜表面。涂布后的图像形成液以排斥拒液性部(紫外线未照射部)的方式在亲液性部(紫外线照射部)上快速扩展并稳定化,将其干燥,由此形成图案化的源电极及漏电极。图像形成液的涂布法为旋涂法、流延法等,没有特别限定,但优选容易控制液量的喷墨印刷法、喷雾涂布法。
最后,通过将作为有机FET的活性层的并五苯、聚噻吩等有机半导体材料进行成膜,从而完成。有机半导体材料的成膜方法没有特别限定,例如可举出真空蒸镀、对溶液进行旋涂的方法、流延法、喷墨印刷法、喷雾涂布法等。
对于通过上述方式制作的有机FET而言,制造工序能够大幅削减,此外,与掩模蒸镀法相比,能够制作短沟道的有机FET,因此即使在使用低迁移率的有机半导体材料作为活性层的情况下,也能够获取大电流。
实施例
以下举出实施例,对本实施方式进一步详细地说明。但是,本发明并不限定于这些实施例。
[实施例等中使用的组成成分及其简称]
以下的实施例及比较例中使用的各组成成分如下所示。需要说明的是,FMAA及CL1的合成方法记载于后文。
<特定聚合物原料>
HPMA:甲基丙烯酸4-羟基苯基酯
HEMA:甲基丙烯酸2-羟基乙基酯
PEGMA:聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯平均Mn为360(SIGMA-ALDRICH制)
GLM:丙三醇单甲基丙烯酸酯
BMAA:N-丁氧基甲基丙烯酰胺
MOI-BP:甲基丙烯酸2-[(3,5-二甲基吡唑基)羰基氨基]乙酯
AIBN:α,α’-偶氮二异丁腈
<其他聚合物>
HPC-SSL:羟丙基纤维素(日本曹达制)
F9MAA:下述式(A1)表示的化合物
F7MAA:下述式(A2)表示的化合物
F13MAA:下述式(A3)表示的化合物
<交联剂原料>
Karenz MOI-DEM(昭和电工公司制):下述式(D1)表示的化合物
<交联剂>
CL1:下述式化(D2)表示的化合物
<光产酸剂>
光产酸剂使用式(C1)表示的Irgacure PAG103(BASF公司制)及式(C2)表示的Irgacure PAG121(BASF公司制)。
<溶剂>
实施例以及比较例的各固化膜形成组合物含有溶剂,作为该溶剂,使用丙二醇单甲醚(PM-P)及丙二醇单甲醚乙酸酯(PMA-P)。
[聚合物分子量的测定]
聚合物分子量的测定是使用日本分光公司制GPC系统作为装置、使用Shodex(注册商标)KF-804L及803L作为柱,在下述条件下实施。
柱温箱:40℃
流速:1ml/分钟
洗脱液:四氢呋喃
<合成例1>
式(A1)表示的化合物F9MAA的合成
向200ml的三颈烧瓶中加入N-羟基甲基丙烯酰胺[1](10.0g,98.91mmol)、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己烷-1-醇[2](13.1g,49.46mmol)、磷酸(0.24g,2.47mmol)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(0.11g,0.49mmol)和四氢呋喃(54.6g),于50℃进行20小时搅拌。利用HPLC确认反应的进行后,向得到的溶液中加入己烷(300g),使用分液漏斗,以离子交换水(100g)进行3次洗涤。然后,用饱和碳酸氢钠水溶液(100g)进行洗涤,用蒸发仪进行浓缩,由此得到化合物[3]8.38g。
<合成例2>
式(A2)表示的化合物F7MAA的合成
向200ml的三颈烧瓶中加入N-羟基甲基丙烯酰胺[1](10.0g,98.91mmol)、2,2,3,3,4,4,4-七氟-1-丁醇[2](9.89g,49.46mmol)、磷酸(0.24g,2.47mmol)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(0.11g,0.49mmol)和四氢呋喃(54.6g),于50℃进行20小时搅拌。利用HPLC确认反应的进行,然后向得到的溶液中加入己烷(300g),使用分液漏斗,以离子交换水(100g)进行3次洗涤。然后,用饱和碳酸氢钠水溶液(100g)进行洗涤,用蒸发仪进行浓缩,由此得到化合物[3]6.83g。
<合成例3>
式(A3)表示的化合物F13MAA的合成
向200ml的三颈烧瓶中加入N-羟基甲基丙烯酰胺[1](10.0g,98.91mmol)、2-(全氟己基)乙醇[2](18.0g,49.46mmol)、磷酸(0.24g,2.47mmol)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(0.11g,0.49mmol)和四氢呋喃(54.6g),于50℃进行20小时搅拌。利用HPLC确认反应的进行后,向得到的溶液中加入己烷(300g),使用分液漏斗,以离子交换水(100g)进行3次洗涤。然后,用饱和碳酸氢钠水溶液(100g)进行洗涤,用蒸发仪进行浓缩,由此得到化合物[3]10.8g。
<合成例4>
式(D2)表示的化合物CL1的合成
在氮气氛中,于0℃加入脱水二氯甲烷393ml、米氏酸33.4g(23.2mmol)、及N,N-二甲基-4-氨基吡啶36.7g(30.0mol),滴加使癸二酰氯27.7g(11.6mol)溶解于60ml的脱水二氯甲烷中而得到的溶液。滴加结束后,逐渐升温,于室温进行20小时搅拌。然后,用2N盐酸70ml与水20ml的混合溶液进行1次水洗。用2N盐酸25ml与水200ml的混合溶液对得到的有机层进行1次水洗,用硫酸镁10g将有机层干燥。然后,通过过滤除去硫酸镁,将得到的滤液浓缩,并将得到的粗产物用丙酮112g加热溶解,然后进行冷却,并使析出的晶体干燥,得到浅黄色固体的CL1(21.9g(4.81mol),收率41.5%)。该化合物的结构是利用1H-NMR分析得到以下的光谱数据而确认的。1H-NMR(CDCl3):δ3.06(t,4H),1.74-1.66(m,16H),1.43-1.34(m,8H).
<聚合例1>
P1:F9MAA/HEMA 56/44
将F9MAA 2.56g、HEMA 2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.3g溶解于PMA-P 41.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为10质量%)(P1)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为5,872,Mw为8,555。
<聚合例2>
P2:BMAA/HEMA 80/20
将BMAA 8.0g、HEMA 2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.3g溶解于PM-P 41.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为20质量%)(P2)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为3,789,Mw为7,514。
<聚合例3>
P3:F9MAA/HPMA/HEMA 18/55/27
将F9MAA 1.28g、HPMA 4.0g、HEMA 2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.3g溶解于PMA-P 41.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为15质量%)(P3)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为7,020,Mw为7,971。
<聚合例4>
P4:BMAA/HPMA/HEMA 40/40/20
将BMAA 4.0g、HPMA 4.0g、HEMA 2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.3g溶解于PM41.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为20质量%)(P4)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为10,103,Mw为25,498。
<聚合例5>
P5:MOI-DEM 100
将Karenz MOI-DEM(昭和电工公司制)10.0g,作为聚合催化剂的AIBN 0.3g溶解于PM 41.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为20质量%)(P5)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为17,279,Mw为54,273。
<聚合例6>
P6:F9MAA/PEGMA 56/44
将F9MAA 2.56g、PEGMA 2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.3g溶解于PM-P 12.2g、PMA-P 12.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为20质量%)(P6)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为22,262,Mw为50,083。
<聚合例7>
P7:F9MAA/GLM 56/44
将F9MAA 2.56g、GLM 2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.3g溶解于PM-P 12.2g、PMA-P 12.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为20质量%)(P7)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为23,029,Mw为51,421。
<聚合例8>
P8:F7MAA/HEMA 56/44
将F7MAA 2.56、HEMA 2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.3g溶解于PM-P 12.2g、PMA-P 12.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为20质量%)(P8)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为14,352,Mw为28,460。
<聚合例9>
P9:F13MAA/HEMA 56/44
将F13MAA 2.56g、HEMA 2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.3g溶解于PM-P 12.2g、PMA-P 12.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为20质量%)(P9)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为12,074,Mw为19,702。
<聚合例10>
P10:F9MAA/MOI-BP/HEMA 40/40/20
将F9MAA 4.0g、MOI-BP 4.0g、HEMA 2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.5g溶解于PM-P 20.6g、PMA-P 20.6g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为20质量%)(P10)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为14,475,Mw为43,907。
<聚合例11>
P11:BMAA/MOI-BP/HEMA 40/40/20
将BMAA 4.0g、MOI-BP 4.0g、HEMA 4.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.7g溶解于PM-P41.2g中,于80℃使其反应20小时,由此得到丙烯酸共聚物溶液(固态成分浓度为20质量%)(P11)。得到的丙烯酸共聚物的Mn为20,277,Mw为133,030。
[固化膜形成组合物的制备]
以表1所示的组成,制备实施例及比较例的各固化膜形成组合物。其中,各组合物的固态成分浓度均为5重量%。接着,使用各固化膜形成组合物来形成固化膜,针对得到的各固化膜,进行接触角测定及针对正壬烷、PMA-P的耐溶剂性的评价。需要说明的是,表1中的组成比表示固态成分之比。
[表1]
[耐溶剂性评价]
使用旋涂机,以850rpm将实施例及比较例的各固化膜形成组合物旋转涂布于硅晶片上30秒,然后于温度140℃在加热板上进行加热干燥120秒,形成膜厚为200nm的涂膜。膜厚是使用FILMETRICS制F20进行测定的。将该涂膜分为两个区域,在一个区域,通过Canon(株)制紫外线照射装置PLA-600FA,将在365nm的光强度为100mJ/cm2的紫外线向涂膜面垂直地照射一定时间(以下将该区域称为“曝光部”、将除此以外的区域称为“未曝光部”)。接着,于120℃在加热板上进行后烘烤120秒。将得到的固化膜的未曝光部和曝光部在正壬烷、另外在PMA-P中浸渍1分钟,对浸渍前后的膜厚进行测定,算出残膜率,由此评价耐溶剂性。
[评价的结果]
如上所述,将进行以上评价的结果示于表2。
[表2]
实施例1至实施例15及比较例1至比较例2针对正壬烷均显示出高的耐溶剂性。另外,就添加了(D)成分的交联剂的实施例1至实施例6、实施例8至实施例14、比较例1至比较例2及在(A)成分中使用了交联性单体的实施例15而言,对于PMA-P也显示出高的耐溶剂性。
另外,实施例1至15通过(拒液基团)的交联效果而在曝光部显示出尤其优异的耐溶剂性。另一方面,就比较例2而言,曝光部与未曝光部之间未观察到耐溶剂性的差异,为下述结果:曝光部对于PMA-P的耐溶剂性劣于实施例1至15。
[接触角测定]
使用旋涂机,将实施例及比较例的各固化膜形成组合物涂布于硅晶片上后,于温度140℃在加热板上进行加热干燥120秒,形成膜厚为200nm的涂膜。膜厚是使用FILMETRICS制F20进行测定的。将该涂膜分为两个区域,在一个区域,通过Canon(株)制紫外线照射装置PLA-600FA,将在365nm的光强度为100mJ/cm2的紫外线对涂膜面垂直地照射一定时间。接着,于120℃在加热板上进行后烘烤120秒,对得到的涂布膜的未曝光部和曝光部进行接触角测定(以下,将该区域称为“曝光部”、将除此以外的区域称为“未曝光部”)。接触角的测定是在恒温恒湿环境(25℃±2℃,50%RH±5%)下,使用全自动接触角计CA-W(协和界面科学(株)制)进行测定的。需要说明的是,PMA-P及正壬烷的接触角是在液体接触后静止5秒,然后进行测定的。
[评价的结果]
如上所述,将进行以上评价的结果示于表3。
[表3]
就实施例1至实施例15而言,针对正壬烷,均在未曝光部与曝光部显示出大的接触角差。尤其是就使用了交联剂的实施例1至实施例6、实施例8至实施例15而言,针对PMA-P,也在未曝光部与曝光部显示出大的接触角差。
另一方面,就比较例1至比较例2而言,在曝光部与未曝光部之间未观察到接触角的差异。
产业上的可利用性
如上所述,就由本发明的固化膜形成组合物得到的固化膜而言,在耐溶剂性、亲拒液性对比这两方面显示出优异的性能,能够针对以正壬烷、PMA-P为代表的各种有机溶剂呈现出效果。
Claims (15)
2.如权利要求1所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,R2表示经氟取代的烃基,所述经氟取代的烃基可以是经分支化及/或环化的,也可以是被芳香族环、-O-、-S-、-CO-、-CS-、-NH-或它们的组合所中断的。
3.如权利要求1或2所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,R2的碳原子数为2以上。
4.如权利要求1所述的固化膜形成用树脂组合物,其特征在于,(A)成分的聚合物还含有来自第2单体的结构单元,所述第2单体具有能够通过热而在(A)成分的聚合物彼此之间、或(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物之间形成共价键的基团(x)。
5.如权利要求1所述的固化膜形成用树脂组合物,其特征在于,(B)成分的聚合物含有来自下述单体的结构单元,所述单体具有能够通过热而在(B)成分的聚合物彼此之间、或(A)成分的聚合物与(B)成分的聚合物之间形成共价键的基团(x)。
7.如权利要求4或5所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,还含有作为(D)成分的每一分子具有两个以上能够与基团(x)发生热反应的基团的化合物。
8.如权利要求1或2所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,基于聚合物的总重量,(A)成分的聚合物中的氟含有率为5重量%以上。
9.如权利要求1或2所述的固化膜形成用树脂组合物,其中,基于聚合物的总重量,(B)成分的聚合物中的氟含有率小于5重量%。
10.固化膜,其特征在于,所述固化膜是使用权利要求1至9中任一项所述的固化膜形成用树脂组合物而得到的,所述固化膜的紫外线曝光部比未曝光部更亲液化。
11.如权利要求10所述的固化膜,其中,紫外线曝光部与未曝光部的相对于丙二醇单甲醚乙酸酯的接触角之差为5°以上。
12.布线形成辅助层,其是由权利要求10或11的固化膜形成的。
14.权利要求1至9中任一项所述的固化膜形成用树脂组合物用于制造固化膜的用途,所述固化膜的紫外线曝光部比未曝光部更亲液化。
15.如权利要求14所述的用途,其中,紫外线曝光部与未曝光部的相对于丙二醇单甲醚乙酸酯的接触角之差为5°以上。
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