二胺化合物、使用其的耐热性树脂或耐热性树脂前体、感光树脂组合物、固化膜及显示装置

文档序号:871075 发布日期:2021-03-19 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 二胺化合物、使用其的耐热性树脂或耐热性树脂前体、感光树脂组合物、固化膜及显示装置 (Diamine compound, heat-resistant resin or heat-resistant resin precursor using same, photosensitive resin composition, cured film, and display device ) 是由 王元强 肖桂林 朱双全 于 2021-02-05 设计创作,主要内容包括:本发明提供可生成酯基进行交联的耐热性树脂或前体,该树脂或前体与光敏剂配合后制备具有高敏感度与高分辨率的感光树脂组合物,且该感光树脂组合物热处理后具有优异的热稳定性及耐化学药品性。此外,本发明还提供如通式(1),(2)所示的二胺单体,上述可生成酯基进行交联的耐热树脂或前体含所述的二胺单体的结构。(The invention provides a heat-resistant resin or precursor capable of generating ester groups for crosslinking, a photosensitive resin composition with high sensitivity and high resolution is prepared after the resin or precursor is matched with a photosensitizer, and the photosensitive resin composition has excellent thermal stability and chemical resistance after heat treatment. The present invention also provides diamine monomers represented by the general formulae (1) and (2), and the heat-resistant resin or precursor capable of forming an ester group for crosslinking contains the structure of the diamine monomer.)

二胺化合物、使用其的耐热性树脂或耐热性树脂前体、感光树 脂组合物、固化膜及显示装置

技术领域

本发明涉及可生成酯基的二胺单体,并基于其的可通过酯基交联的耐热性树脂或耐热性树脂前体,以及感光树脂组合物及其固化膜,具体该感光树脂组合物可应用于显示器件中有机发光元件的绝缘层、平坦化层、像素定义层以及半导体元件的保护膜,层间绝缘膜等。

背景技术

近年来,曝光前后在显影液中溶解度可发生转变的感光树脂组合物的开发,满足了图案化制作的需要,极大促进了大规模集成电路与显示器件的飞速发展;随着半导体元件的细微化,对表面保护膜、层间绝缘膜等也要求μm级别甚至以下的分辨率及高敏感度。目前得到广泛使用的感光树脂组合物主要有正性酚醛树脂/重氮萘醌化合物体系,例如公开号为CN101501570B,CN106933034A,CN1324401C的专利以及期刊文章Novel Novolak "Block" Copolymers for Advanced i-Line Resists. Stanley F.et al, J.Proc.SPIE.,1998, 3333, 1189.,New Positive-Type Photoresists Based onEnzymaticallySynthesized Polyphenols ,Joji Kadota.et al, Macromol. Rapid Commun. 2004, 25,441.等所报道。其中,树脂的作用是提供图案化的基材,而重氮萘醌化合物控制组合物的溶解性;但基于酚醛树酯的本身特性,这类感光树脂组合物存在热处理后耐热性与耐化学药品性的不足的问题。

聚酰亚胺具有优异的热稳定性、机械性能、耐药品性和与电气绝缘性能,因此,基于聚酰亚胺的感光树脂组合物被开发出来,特别是采用碱性水溶液作为显影液,图形精度高,环境友好且与现有设备可无缝移植的正型光敏聚酰亚胺得到重视。为了实现曝光区域的可溶,与光敏阻溶剂重氮萘醌化合物搭配的聚酰亚胺树脂需具有良好的溶解性,因此在聚酰亚胺主链结构引入可促进碱溶的酚羟基、羧基与磺酸基成为常用的方法。例如公开号为CN1275094C,CN105820338A的专利以及期刊文献Hydroxyanide-containing Positive-type Photosensitive Polyimides. Masatoshi Hasegawa .et al, J. Photopolym. Sci. Tech., 2007, 20, 175.等报道;但这些基团的引入,不可避免的导致聚酰亚胺树脂耐热性的降低与吸湿性的增高,不利于其在器件中的应用。

发明内容

针对上述问题,本发明提供一种可以生成酯基进行交联的耐热性树脂或前体,该树脂或前体与光活性化合物配合时,可以制备出具有高敏感度和高分辨率的感光树脂组合物,并且该感光树脂组合物经过热固化之后,由于树脂主链上原本促进碱溶的羟基和羧基彼此之间形成酯键,减少了易热解位点,增加了交联密度,从而具有优异的热稳定性以及耐化学药品性。

为达到上述目的,本发明第一方面提供了一种具有通式(1)、(2)所示的二胺化合物:

[化学式1]

[化学式2]

通式(1)、(2)中的X代表同时含有羧基和羟基的2价脂环族基团或芳香族基团;m表示0~2的整数,p表示0~2的整数;R1表示氢原子、碳原子数为1~3的烷基、碳原子数为1~3的烷氧基、氟原子、氯原子、溴原子中的任意一种或多种, R2表示-O-、 -COO-、-OCO-、-CONH-中的任意一种或多种;通式(1)、通式(2)中R3表示氢原子或碳数为1~8的有机基团。

本发明第二方面提供了一种耐热性树脂或耐热性树脂前体,其具有来自上述的二胺化合物结构的聚酰亚胺或聚酰胺酸;

作为进一步方案,所述耐热性树脂前体包含具有通式(3)所示的结构;

[化学式3]

或/和 或/和

其中,通式(3)中Q表示碳原子数2~30,含有0~4个-OH,-COOH中的任意一种的2~6价的有机基团, D表示碳原子数2~50,含有0~4个-OH,-COOH,酯基中的任意一种的2~6价的有机基团,R3表示氢原子或碳数为1~8的有机基团;

作为优选方案,所述通式(3)中D表示包括通式(I)或(II)的结构;

[化学式4]

[化学式5]

其中,通式(I),(II)中的X代表同时含有羧基和羟基的二价脂环族基团或芳香族基团;m表示0~2的整数,p表示0~2的整数;R1表示氢原子、碳原子数为1~3的烷基、碳原子数为1~3的烷氧基、氟原子、氯原子、溴原子中的任意一种或多种, R2表示-O-、 -COO-、-OCO-、-CONH-中的任意一种或多种;通式(1)、通式(2)中R3表示氢原子或碳数为1~8的有机基团。

作为优选方案,所述通式(3)中的D包含以下结构中的一种或多种组合:

本发明第三方面提供一种感光树脂组合物,其中包含上述的耐热性树脂或耐热性树脂前体(a)、光敏剂(b)、助剂(c)及溶剂(d);

优选地,所述光敏剂(b)为重氮萘醌化合物;

优选地,所述助剂(c)为粘合促进剂、表面活性剂中的一种或多种组合。

本发明第四方面提供一种固化膜,其是将上述的感光树脂组合物固化后形成的,所述固化膜应用于有机电致发光元件的绝缘层、像素定义层、平坦化层,或/和半导体器件的表面保护层、绝缘层;

本发明第五方面提供一种显示装置,其特征在于包括上述固化膜。

本发明的有益效果:

1、本发明所使用的耐热性树脂或耐热性树脂前体同时含有羟基和羧基,通过控制树脂上羧基与羟基数量相对于聚合物所有重复单元的比例,可以有效的调节感光树脂组合物的碱溶性,使其在显影过程中得到适当的溶解速率,并且与含有重氮萘醌基团的光活性阻溶剂相搭配可以实现曝光区域和非曝光区域的高溶解速率比,可以获得较高分辨率的图像。

2、本发明中使用同时含有羟基和羧基的单体结构,在加热形成固化膜的过程中,对热不稳定的羟基和羧基彼此之间可以反应形成相对较稳定的酯基,可以有效增加树脂分子间的交联密度或内酯化,从而显著的提高热处理后薄膜的耐热性,机械强度,降低逸气量。

3、本发明中提供的感光树脂组合物形成的高耐热薄膜可以用于制造有机电致发光元件的绝缘层,像素定义层,平坦化层,以及半导体元件表面的保护膜,绝缘膜等。

具体实施方式

以下,详细地说明本发明:

二胺化合物

本发明中的二胺化合物,是具有通式(1)、(2)所示的化合物,是同时具有羧基与羟基(此处优选为酚羟基)可以生成內酯基的二胺化合物。

[化学式1]

[化学式2]

通式(1)、(2)中的X代表同时含有羧基和羟基2价脂环族基团或芳香族基团;m表示0-2的整数, p表示0-2的整数;R1表示氢原子、碳原子数为1~3的烷基、碳原子数为1~3的烷氧基、氟原子、氯原子、溴原子中的任意一种或多种, R2表示-O-、 -COO-、-OCO-、-CONH-中的任意一种或多种;通式(1)、通式(2)中R3表示氢原子或碳数为1~8的有机基团;

对于通式(1):通式(1)所示的化合物可以列举但不限于基于香豆素衍生物结构如结构式A所示:

结构式A

结构式A中R4代表碳原子数为1-3的烷基、烷氧基以及氟、氯、溴取代基,就提高单体的疏水性角度考虑,R4优选为甲基、甲氧基或氟原子;结构式A中p代表0-2的整数,从提高单体在溶剂中的溶解性和单体的合成难易程度方面考虑,此处优选0或1;R5表示氢原子、碳原子数为1-3的烷基或烷氧基以及氟、氯、溴取代基。

结构式A的制备方法

而通式(1)所示二元胺化合物的合成可以基于已知的二胺化合物的制造方法制造,没有特殊的限定;通式(1)中,特别是结构式A所示的情况,本发明实施例选择使用硝基化合物前体在钯碳(Pd/C)或兰尼镍催化下经氢气还原得到;接着在酸液中对酯基进行水解得到,可举出代表化合物作为示例,示出下述的还原反应(如反应式B与C所示)。

反应式B

反应式B的具体反应条件如下:以甲醇做溶剂,将2,7-二硝基-3,4苯并香豆素溶解于其中,搅拌下加入千分之一至千分之十当量的10wt% Pd/C,通入氢气,在20-50 °C,反应5-48h。接着过滤除去Pd/C,旋转蒸发浓缩滤液,得到产物。

反应式C

反应式C的具体反应条件如下:以甲醇与水体积比为1/0.5至1/10的混合溶剂做溶剂,将2,7-二胺基-3,4苯并香豆素加入其中,在20-80 °C,搅拌下加入酸,本发明实施例中选择包括:盐酸,磷酸,硫酸,乙酸,甲烷磺酸,三氟甲酸中的一种或多种组合,优选10 wt%盐酸;或者搅拌下加入碱,本发明实施例中选择加入碱为NaOH,反应5-48h;接着调节pH值至弱酸性,旋转蒸发浓缩滤液,得到产物。

或者由硝基化合物前体直接用铁/盐酸(Fe/HCl)或锌粉/盐酸(Zn/HCl)进行还原得到(如反应式D所示)

反应式D

反应式D的具体反应条件如下:以四氢呋喃作溶剂,将2,7-二硝基-3,4苯并香豆素加入其中,加入5-50倍当量的铁粉或锌粉,本发明实施例中酸可选盐酸,磷酸,硫酸,乙酸,甲烷磺酸,三氟甲酸,优选使用10 wt%的盐酸,调节pH值到1-5,60-100°C下反应8-24 h;调节pH至弱酸性,本发明实施例中优选使用饱和碳酸氢钠溶液调节pH值至弱酸性,作为有机溶剂本发明实施例中优选使用乙醇,使用乙醇洗涤萃取固体, 浓缩滤液,得到产物。

而通式(1)所示二元胺化合物也可以表示香豆素类似结构衍生胺,具体合成方法(如反应式E所示)

反应式E

将7-氨基香豆素的盐酸盐悬浮在正己烷中,用高压汞灯辐照一定时间后,过滤,得7-氨基香豆素盐酸盐的[2+2]环化产物。该产物用碳酸氢钠的饱和水溶液调节pH至中性,得7-氨基香豆素的[2+2]环化产物。

在氮气流保护下,将7-氨基香豆素的[2+2]环化产物溶解于乙腈中,滴加0.01mol/mL的NaOH水溶液,升温至60 °C,反应6 h,用稀盐酸调节pH至5-6,乙酸乙酯萃取,浓缩后即得到香豆素类似结构衍生胺。

对于通式(2):通式(2)所示的化合物可以列举如结构式F所示:

结构式F

结构式F中R4表示碳原子数1-3的烷基、烷氧基以及氟、氯、溴取代基,就提高单体的疏水性角度考虑,R4优选为甲基、甲氧基以及氟原子;结构式E中p代表0-2的整数,从提高单体在溶剂中的溶解性和单体的合成难易程度方面考虑,此处优选0或1;R5表示氢原子、碳原子数为1-3的烷基或烷氧基以及氟、氯、溴取代基。

结构式F的制备方法

通式(2)所示含有酰胺键的胺基化合物的合成可以基于已知的胺基化合物的制造方法制造,没有特殊的限定;通式(2)中,特别是结构式F所示的情况,本发明实施例可以由通式(1)所得化合物与硝基苯甲酰氯或硝基苯甲酸反应得到硝基化合物,其硝基化合物前体在钯碳(Pd/C)或兰尼镍催化下经氢气还原,接着在酸液中对酯基进行水解得到;或者由其硝基化合物前体直接用铁/盐酸(Fe/HCl)或锌粉/盐酸(Zn/HCl)进行还原得到。可举出代表化合物作为示例,示出下述的合成反应(如反应式G所示),

反应式G

反应式G的具体反应条件如下:以二氯甲烷或氯仿作溶剂,将2,7-二胺基-3,4苯并香豆素和两倍当量的硝基苯甲氯加入其中,在不超过10 °C的情况下滴加叔胺类有机碱,本发明实施例选择包括:三乙胺、吡啶、甲基吡啶中的一种或多种组合,滴加完全后,20 °C,搅拌反应5-24 h,过滤并水洗固体,重结晶得到含内酯基的硝基化合物。

接着以甲醇做溶剂,将硝基化合物加入其中搅拌下加入千分之一至千分之十当量的10wt% Pd/C,通入氢气,在20-50 °C,反应5-48小时;接着过滤除去Pd/C,旋转蒸发浓缩滤液,得到含内酯基的二元胺产物。

再以甲醇与水体积比为1/0.5至1/10的混合溶剂做溶剂,将含内酯基的二元胺产物加入其中,在20-80 °C,搅拌下加入酸,本发明实施例中选择包括:盐酸,磷酸,硫酸,乙酸,甲烷磺酸,三氟甲酸中的一种或多种组合,优选10 wt%盐酸,或者碱,本发明实施例中优选加入碱为NaOH,反应5-48小时。接着调节pH值至弱酸性,旋转蒸发浓缩滤液,得到同时含有羧基与羟基的最终产物。

或者以四氢呋喃作溶剂,将含内酯基的硝基化合物加入其中,加入5-50倍当量的铁粉或锌粉,用酸如盐酸,磷酸,硫酸,乙酸,甲烷磺酸,三氟甲酸等,能够使用约10 wt%左右的盐酸,调节pH值到1-5,60-100 °C下反应8-24 h。用用弱碱如饱和碳酸氢钠溶液调节pH值至弱酸, 用有机溶剂如乙醇洗涤萃取固体, 浓缩滤液,得同时含有羧基与羟基的最终产物。

或者以四氢呋喃作溶剂,将含内酯基的硝基化合物加入其中,加入5-50倍当量的铁粉或锌粉,用酸如盐酸,磷酸,硫酸,乙酸,甲烷磺酸,三氟甲酸等,能够使用约10 wt%左右的盐酸,调节pH值到1-5,60-100 °C下反应8-24 h。用用弱碱如饱和碳酸氢钠溶液调节pH值至弱酸, 用有机溶剂如乙醇洗涤萃取固体, 浓缩滤液,得同时含有羧基与羟基的最终产物。

通式(2)所示含有醚键的胺基化合物的合成同样可以基于上述类似的方法制备,本发明实施例中由相应的酚类化合物与硝基卤代苯进行取代反应得到硝基化合物,其中硝基卤代苯可以选择硝基氯代苯和硝基氟代苯中的一种,再接着对其进行还原反应,得到胺基化合物,以代表化合物为示例,示出下述的反应(如反应式H所示)。

反应式H

反应式H的具体反应条件如下:以强极性非质子型溶剂如N,N-二甲基亚砜,N,N-二甲基甲酰胺作溶剂,将2,7-二羟基-3,4苯并香豆素和两倍当量的硝基氯代苯加入其中,再加入碱,本发明实施例中选择包括:碳酸钾,碳酸钠中的一种,60-80 °C,搅拌反应5-48 h,再加入水,用与水不互溶的有机溶剂萃取,本发明实施例中有机溶剂选择使用乙酸乙酯,浓缩后得粗产物,接着水蒸气蒸馏提纯得到产物硝基化合物,后续硝基还原的方法与上述一致。

结构式F中香豆素类似结构衍生胺化合物的合成同样可以基于上述反应式E的方法制备,区别在于将7-氨基香豆素替换为其他香豆素衍生物,包括分子内部含有酰胺键和醚键的香豆素衍生物,其他方法与上述反应式E中一致。

耐热性树脂或耐热性树脂前体(a)

本发明第二方面提供一种耐热性树脂或耐热性树脂前体,该耐热性树脂或耐热性树脂前体由上述二胺和二酐作为反应物反应后得到。

优选的,本发明实施例中耐热性树脂或耐热性树脂前体选用具有通式(3)所示结构。

对于通式(3)而言:

或/和或/和

在通式(3)中,Q表示碳原子数为2-30,含有0-4个-OH,-COOH中的至少一种的2-6价的有机基团;R3表示氢原子或碳数为1-8的有机基团。

Q成分

对于通式(3)中的Q,优选包括以下结构中的一种或多种组合:

对于通式(3)中的Q,最优选为以下结构:

D成分

对于通式(3)中的D表示碳原子数2-50,含有0-4个-OH,-COOH,酯基中的任一者的2-6价的有机基团,同时含有0-4个-OH,-COOH的2-6价有机基团优选包括下列通式(I),(II)所表示的结构中的一种或多种组合:

亦可以包含以下结构中的一种或多种组合:

R4表示碳原子数1-3的烷基、烷氧基以及氟、氯、溴取代基,就提高单体的疏水性角度考虑,R4优选为甲基、甲氧基以及氟原子;p代表0-2的整数,从提高单体在溶剂中的溶解性和单体的合成难易程度方面考虑,此处优选0或1;R5表示氢原子、碳原子数为1-3的烷基或烷氧基以及氟、氯、溴取代基。

对于通式(3)中的D,还可以表示同时含有0-4个酯基的2-6价有机基团,包括下列结构中的一种或多种组合:

还可以包含以下结构中的一种或多种组合:

R4表示碳原子数1-3的烷基、烷氧基以及氟、氯、溴取代基,就提高单体的疏水性角度考虑,R4优选为甲基、甲氧基以及氟原子;p代表0-2的整数,从提高单体在溶剂中的溶解性和单体的合成难易程度方面考虑,此处优选0或1;R5表示氢原子、碳原子数为1-3的烷基或烷氧基以及氟、氯、溴取代基。

对于上述同时含有0-4个-OH,-COOH的2-6价有机基团的通式(I),(II),其中优选氨基在处于对位位置,上述结构中进一步优选为以下结构中的一种:

最优选以下结构:

本发明实施例中D还可以包含其他常规二胺的残基,但通式(I),(II)所代表的结构占主要成分,含量在10%以上;可选用的常规二胺残基包括对苯二胺、间苯二胺、3-羧基间苯二胺、3-羟基间苯二胺联苯胺、4,4’-二氨基二苯基醚、3,4’-二氨基二苯基醚、3,4’-二氨基二苯基砜、4,4’-二氨基二苯基砜、3,4’-二氨基二苯基硫醚、4,4’-二氨基二苯基硫醚、1,4-二(4-氨基苯氧基)苯、二(4-氨基苯氧基苯基)砜、二(3-氨基苯氧基苯基)砜、1,4-二(4-氨基苯氧基)苯、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、2,2,3,3’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’,4,4’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、以及环烷基、卤原子取代的上述芳香族化合物中的一种或多种组合。

本发明实施例中对于上述耐热性树脂或耐热性树脂前体(a)选自通式(I)、通式(II)所示的结构中的至少1种为40摩尔%以上,优选60摩尔%以上,更优选80摩尔%以上;使用具有上述结构成分的耐热性树脂或耐热性树脂前体(a)作为主要成分,可使本发明的感光性树脂组合物固化时,能够通过形成酯键而得到耐热性高的固化膜。

本发明实施例中的耐热性树脂前或耐热性树脂前体(a),为了保证在碱性显影液中的适度的溶解性和热处理后树脂的良好的耐热性与伸长率,优选结构单元的重复数为10-1000的范围,进一步优选重复数为20-500以下,更进一步,优选重复数为50-100;其中,同时含有羧基与羟基的重复单元相对于所有的重复端元占比,优选于10%-100%,进一步优选为40%-85%。通过此来调节树脂结构亲水的羧基与羟基相对于树脂本身疏水基团如芳基和烷烃等的比例,以此控制树脂在碱性显影液中的溶解速率,再加上与光敏剂的搭配使用,优选未曝光膜在性显影液中的溶解速率为200 nm/min-3000 nm/min,曝光后膜在性显影液中的溶解速率为2000 nm/min-50000 nm/min。

对于本发明实施例中耐热性树脂或耐热性树脂前体(a)的重均分子量Mw及数均分子量Mn,可以采用凝胶渗透色谱法(GPC)、光散射法、小角X射线散射法等以聚苯乙烯换算的值的形式容易地测定。

此外,为了更好的调节本发明的耐热性树脂或耐热性树脂前体(a)的分子量,可在聚合时加入一定的封端剂,其具体实例可为且不限于以下示例化合物中的一种或多种组合:

单官能度的芳香胺:3-氨基苯酚、2-氨基苯酚、4-氨基苯酚、3-氨基苯甲酸、3-氨基-邻甲基苯酸、3-氨基-间甲基苯酸、4-氨基水杨酸、5-氨基水杨酸、6-氨基水杨酸、1-氨基-8-羟基萘、1-氨基-7-羟基萘、1-氨基-6-羟基萘、1-氨基-5-羟基萘、1-氨基-4-羟基萘、1-氨基-3-羟基萘、1-氨基-2-羟基萘、1-羧基-8-氨基萘、1-羧基-7-氨基萘、1-羧基-6-氨基萘、1-羧基-5-氨基萘、1-羧基-4-氨基萘、1-羧基-3-氨基萘、1-羧基-2-氨基萘、3-氨基-4,6-二羟基嘧啶、5-氨基-8-羟基喹啉、4-氨基-8-羟基喹啉;

单官能度的芳香酐:马来酸酐、邻苯二甲酸酐、环己烷二甲酸酐、环己戊烷二甲酸酐等酸酐。

单官能度的芳香酸:苯甲酸、邻甲基苯甲酸、间甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸2-羧基苯酚、3-羧基苯酚、4-羧基苯酚、2-羧基苯硫酚、3-羧基苯硫酚、4-羧基苯硫酚、羧基萘、2-羟基-萘甲酸、3-羟基-萘甲酸、4-羟基-萘甲酸、5-羟基-萘甲酸、6-羟基-萘甲酸、7-羟基-萘甲酸、8-羟基-萘甲酸、9-羟基-萘甲酸。

上述的封端剂,其引入比例占所投入的所有胺基单体与酐基单体摩尔总量的0.005至0.5,进一步的为0.01至0.4;通过为在上述范围内,能够得到具有适度溶液粘度且具有优异的膜物性的树脂组合物

感光树脂组合物

本发明实施例中的感光树脂组合物包括:耐热性树脂或耐热性树脂前体(a)、光敏剂(b)、助剂(c)及溶剂(d),其中耐热性树脂或耐热性树脂前体(a)为以上所述的化合物,在此不过多赘述。

光敏剂(b)

本发明实施例中光敏剂(b)使用重氮萘醌化合物,具体的是多羟基酚化合物与4位或5位的重氮萘醌基团(如结构式I所示,R3为氢原子或碳原子数在2-30的2-6价芳基基团)通过酯键连接形成的光敏剂;当紫外光照射到该化合物上时,重氮萘醌基团发生降解重排,生成烯酮结构,并与水反应生成茚酸;从而实现溶解速率的转变(如反应式J所示)。

结构式I

反应式J

其中,制备光敏剂(b)所用的多羟基酚化合物,可为但不限于双酚A、双酚AF、萘酚、三羟基二苯甲酮、酚醛树脂齐聚物。它们可以单独使用也可以混合搭配使用。其添加量相对于树脂所用质量为0.01至0.70,进一步优选为0.05至0.50。

助剂(c)

为改善树脂成膜与基底的粘附性,成膜性,本发明实施例提供的感光树脂组合物中的助剂(c)包括粘合促进剂和表面活性剂;其中粘合促进剂优选为硅烷类耦合剂,包括甲基丙烯酰氧基二甲氧基甲基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三酰氧基硅烷中的一种或多种组合;粘合促进剂的添加量相对于聚合物树脂质量的0.003至0.200。所选用表面活性剂为含氟类表面活性剂、含硅类表面活性剂、丙烯酸酯类表面活性剂、酯类、酮类试剂,本发明实施例优选乳酸乙酯、乙酸乙酯、甲乙酮、环己酮;表面活性剂的添加量相对于聚合物总质量的0.0003至0.05。

溶剂(d)

本发明实施例涉及的感光树脂组合物所用溶剂(d)为沸点低于230 °C的溶剂,包括但不限于N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、伽马丁内酯、乙二醇二甲醚、乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚、丙二醇二甲醚、丙二醇、正丁醇、环己酮、乳酸乙酯、乳酸丁酯中的一种或多种组合;溶剂的添加量相对于聚合物树脂所用质量的3至20倍,进一步优选为3-10倍。

本发明实施例还涉及一种固化膜,其中固化膜由本发明提供的感光树脂组合物形成具有高耐热的图案化后形成,该感光树脂组合物的热固化方法无特别限制,可使用本领域的常用方法。在玻璃、硅片等平滑整齐的基板上,采用旋转涂布、喷涂、辊涂、狭缝涂布、丝网印刷,优选旋转涂布与狭缝涂布;依据涂布方式以及所使用组合物的成分、粘度、固含量等的不同,干燥后的薄膜厚度通常在0.1-15微米。涂布后的膜干燥可使用烘箱、热板、红外炉, 在40-150 °C干燥数分钟至数小时;接着干燥后的基板置于曝光机下进行紫外曝光,但不限于此,也可以采用电子束或X-射线曝光,曝光后的基板在碱性显影液中溶去曝光部分,以形成图案化;所选用的显影剂包括但不限于四甲基氢氧化铵、三乙胺、二乙醇胺、二甲氨基乙醇、乙二胺、环己胺、己二胺、二乙氨基乙醇、甲胺、二甲胺的水溶液中的至少一种,其中优选为2.38wt%的四甲基氢氧化铵的水溶液,显影时间根据膜厚的不同,控制在5 s至600s,优选为5 s至300 s。

显影后的膜,用水清洗进行定影处理,显影后,所得薄膜在固化炉中升温至100 °C至500 °C,热处理时间控制在10 min至数小时,使组合物完全转化为耐热的薄膜即得到固化膜。

本发明实施例中的还提供了一种显示装置,其包含上述固化膜。

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的实施例进行清楚、完整的描述,实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行,所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均可以通过市售购买获得的常规产品。

单体的合成

合成例1

4,4’-二氨基-2-羟基-2’-联苯甲酸(a)的合成

在干燥氮气流保护下,将2,7-二硝基-3,4苯并香豆素(20g,69.9 mmol)溶解于300mL四氢呋喃(THF)中,加入80 g还原铁粉,滴加20 mL10wt%盐酸,升温至80 °C,搅拌反应24h,用碳酸钠调节pH值至弱酸性,乙酸乙酯萃取,水洗涤3次,分离有机相,浓缩,重结晶4,4’-二氨基-2-羟基-2’-联苯甲酸(a)。

合成例2

4,4’-二(4-胺基苯基氧基)-2-羟基-2’-羧基联苯化合物(b)的合成

在干燥氮气流保护下,将2,7-二羟基-3,4苯并香豆素(20g,87.6 mmol)溶解于300mL N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中,并加入4-氟-硝基苯(24.7g,175.3 mmol),碳酸钾(48.5g,350.6 mmol),50 °C反应10 h,倒入水中,乙酸乙酯萃取,浓缩有机相,得到硝基化合物。

将得到的2,7-二(4-硝基苯基氧基)-3,4苯并香豆素溶解于500 mL乙醇中,加入80g还原锌屑,滴加20 mL10 wt%盐酸,升温至50 °C,搅拌反应24 h,过滤掉Pd/C,浓缩滤液,重结晶得2,7-二(4-氨基苯基氧基)-2-羟基-2’-羧基联苯化合物(b)。

合成例3

香豆素类似结构衍生胺的合成

将7-氨基香豆素(3.9 g, 20 mmol)的盐酸盐悬浮在30 mL正己烷中,用250-450nm 高压汞灯辐照48 h,过滤,得7-氨基香豆素盐酸盐的[2+2]环化产物。该产物用碳酸氢钠的饱和水溶液调节pH至中性,得7-氨基香豆素的[2+2]环化产物。

香豆素类似结构衍生胺化合物的水解产物(c)的合成

在氮气流保护下,将7-氨基香豆素的[2+2]环化产物(10g, 31 mmol)溶解于100mL乙腈中,滴加0.01 mol/mL的NaOH水溶液10 mL,升温至60 °C,反应6 h,用稀盐酸调节pH至5-6,乙酸乙酯萃取,浓缩,得化合物(c)。

合成例4 重氮萘醌化合物(d)的合成

在干燥氮气流得保护下,将1,1,1-三(4-羟基苯基)乙烷(30.9g, 100 mmol)和5-重氮萘醌磺酰氯(80.4g, 300 mmol)溶解于300 mL 二氧六环中,在体系温度不超过30 °C的情况下,滴加50 mL二氧六环/30 mL三乙胺混合的试剂,反应3 h,过滤出三乙胺盐,将滤液滴入水中,过滤沉淀,干燥得重氮萘醌化合物(d)。

合成例5 4,4’-二氨基-2-羟基-2’-甲酸甲酯联苯(e)的合成

在干燥氮气流保护下,将2,7-二硝基-3,4苯并香豆素(2.86 g, 10 mmol)溶解于30 mL甲醇中,加入甲醇钠(1.08 g, 20 mmol),升温至80 °C,搅拌反应24h,用稀盐酸调节pH值至弱酸性,乙酸乙酯萃取,水洗涤3次,分离有机相,浓缩,得4,4’-二硝基-2-羟基-2’-甲酸甲酯联苯粗产物。再将该粗产物溶解于50 mL乙醇中,加入10 wt% Pd/C 0.1g ,通入氢气,室温下反应48h后,过滤掉Pd/C,浓缩,重结晶得4,4’-二氨基-2-羟基-2’-甲酸甲酯联苯(e)。

合成例6 4,4’-二(4-胺基苯基氧基)-2-羟基-2’-甲酸甲酯联苯化合物(f)的合成

在干燥氮气流保护下,将2,7-二(4-硝基苯基氧基)-3,4苯并香豆素(4.70g, 10mmol)溶解于50 mL甲醇中,加入甲醇钠(1.08 g, 20 mmol),升温至80 °C,搅拌反应24h,用稀盐酸调节pH值至弱酸性,乙酸乙酯萃取,水洗涤3次,分离有机相,浓缩,得4,4’-二(4-硝基苯基氧基)-2-羟基-2’-甲酸甲酯联苯化合物粗产物。再将该粗产物溶解于50 mL乙醇中,加入10 wt% Pd/C 0.05g ,通入氢气,室温下反应48h后,过滤掉Pd/C,浓缩,重结晶得4,4’-二(4-胺基苯基氧基)-2-羟基-2’-甲酸甲酯联苯化合物苯(f)。

耐热性树脂或耐热性树脂前体、感光树脂组合物及固化膜的制备

评价方法

热处理后组合物膜的成像能力

将已显影的薄膜,用SEM(JEOL JSM-6510)检测刻蚀线条状态,以宽度小于5 微米的线条仍能被清楚刻蚀,无弯曲,无缺陷为优;以宽度在5-10 微米的线条能被清楚刻蚀,无弯曲,无缺陷为良;以只有宽度在10 微米以上的线条能被清楚刻蚀,无弯曲,无缺陷为差。

热处理后组合物膜的抗裂性

将已显影的薄膜,在热处理后,用光学显微镜(OLS5000)观察100*100微米大小的样品四角是否有开裂现象。

热处理后组合物膜的抗应力性

将已显影的薄膜,在热处理后,用光学显微镜(OLS5000)观察100*100 微米大小的样品是否有起皱现象。

热处理后组合物膜的吸水性

将热处理后的薄膜(质量大于0.5g)在相对湿度为60%的密闭环境中放置72 h,并测定薄膜样品在放置前后的重量变化。WA = (W-W0)/W0*100%,其中WA表示吸水率,W表示吸水后的重量,W0表示吸水前的重量。

热处理后组合物膜耐热性

取少量样品用热失重分析仪(TGA, NETZSCH STA2500 Regulus),测定样品的5%热失重温度(Td1)。

实施例1

薄膜Q1的制备

在干燥的氮气气流下,将化合物(a)(2.44 g, 10 mmol)、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中, 室温反应8h,接着加入0.8当量的乙酸酐/吡啶(v/v = 1/1),反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q1。

称出4g制得的聚合物固体Q1,1.66 g上述所示的重氮萘醌化合物(d) , 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q1,评价薄膜Q1的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

实施例2

薄膜Q2的制备

在干燥的氮气气流下,将化合物(b)(4.28 g, 10 mmol)、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中, 室温反应8h,接着加入0.8当量的乙酸酐/吡啶(v/v = 1/1),反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q2。

称出4g制得的聚合物固体Q2, 1.69 g上述所示的重氮萘醌化合物(d), 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g 丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q2,评价薄膜Q2的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

实施例3

薄膜Q3的制备

在干燥的氮气气流下,将化合物(b)(2.57 g, 6 mmol)、4, 4'-二氨基二苯醚(0.80g, 4 mmo1) 、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中,室温反应8h,接着加入0.8当量的乙酸酐/吡啶(v/v = 1/1),反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q3。

称出4g制得的聚合物固体Q3, 1.48 g上述所示的重氮萘醌化合物(d) , 0.2 g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g 丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q3,评价薄膜Q3的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

实施例4

薄膜Q4的制备

在干燥的氮气气流下,将化合物(c)(3.58 g, 10 mmol)、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中, 室温反应8h,接着加入0.8当量的乙酸酐/吡啶(v/v = 1/1),反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q4。

称出4g制得的聚合物固体Q4, 1.68 g上述所示的重氮萘醌化合物(d), 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g 丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q4,评价薄膜Q4的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

实施例5

薄膜Q5的制备

在干燥的氮气气流下,将化合物(a)(1.64 g, 6 mmol)、4, 4'-二氨基二苯醚(0.80g, 4 mmo1) 、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中,室温反应8h,接着加入0.8当量的乙酸酐/吡啶(v/v = 1/1),反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q5。

称出4g制得的聚合物固体Q5, 1.63 g上述所示的重氮萘醌化合物(d) , 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g 丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q5,评价薄膜Q5的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

实施例6

薄膜Q6

在干燥的氮气气流下,将化合物(c)(2.58 g, 6 mmol)、4, 4'-二氨基二苯醚(0.80g, 4 mmo1)、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中,室温反应8h,接着加入0.8当量的乙酸酐/吡啶(v/v = 1/1),反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q6。

称出4g制得的聚合物固体Q6, 1.88 g上述所示的重氮萘醌化合物(d), 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g 丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q6,评价薄膜Q6的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

实施例7

薄膜Q7的制备

在干燥的氮气气流下,将化合物(e)(2.58 g, 10 mmol)、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中, 室温反应8h,接着加入0.5当量的乙酸酐/吡啶(v/v = 1/1),反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q7。

称出4g制得的聚合物固体Q7,1.26 g上述所示的重氮萘醌化合物(d) , 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270°C下热处理1h,制备得到薄膜Q7,评价薄膜Q7的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

实施例8

薄膜Q8的制备

在干燥的氮气气流下,将化合物(f)(4.42 g, 10 mmol)、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中, 室温反应8h,接着加入0.4当量的乙酸酐/吡啶(v/v = 1/1),反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q8。

称出4g制得的聚合物固体Q8,1.24 g上述所示的重氮萘醌化合物(d) , 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q8,评价薄膜Q8的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

比较例1

薄膜Q9的制备

在干燥的氮气气流下,将3,5-二氨基-苯甲酸(1.52g, 10 mmol),2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中,室温下搅拌8h,再升温至150 °C反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60°C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q9。

称出4g制得的聚合物固体Q9, 1.28 g上述所示的重氮萘醌化合物(d) , 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g 丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q9,评价薄膜Q9的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

比较例2

薄膜Q10的制备

在干燥的氮气气流下,将3,5-二氨基-苯甲酸(0.76 g, 5 mmol),4, 4'-二氨基二苯醚(1.00g, 5 mmo1)、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中,室温下搅拌8h,再升温至150 °C反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q10。

称出4g制得的聚合物固体Q10, 1.28 g上述所示的重氮萘醌化合物(d), 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g 丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q10,评价薄膜Q10的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

比较例3

薄膜Q11的制备

在干燥的氮气气流下,将2,4-二氨基苯酚(1.24 g, 10 mmol),2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中,室温下搅拌8h,再升温至150 °C反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q11。

称出4g制得的聚合物固体Q11, 1.60g上述所示的重氮萘醌化合物(d) , 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g N,N-二甲基乙酰胺中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270 °C下热处理1h,制备得到薄膜Q11,评价薄膜Q11的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

比较例4

薄膜Q12的制备

在干燥的氮气气流下,将2,4-二氨基苯酚(0.62 g, 5 mmol),4, 4'-二氨基二苯醚(1.00g, 5 mmo1)、2,2`-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(4.44g, 10 mmo1)溶于50g的N,N-二甲基吡咯烷酮 (NMP)中,室温下搅拌8h,再升温至150 °C反应6 h。接着将溶液倒入2L乙醇中,过滤收集聚合物固体沉淀。在60 °C的真空干燥烘箱中将聚合物固体干燥24h,将其作为聚合物固体Q12。

称出4g制得的聚合物固体Q12, 1.60 g上述所示的重氮萘醌化合物(d), 0.2g乙烯基三甲氧基硅烷,0.1g TEGO FLOW 300,0.08g Airex 920溶于30g 丁内酯中,制得感光性聚酰亚胺前驱体组合物清漆Ⅰ。用该制得的清漆在玻璃片上涂布成感光性聚酰亚胺前驱体膜,曝光、显影,接着在270°C下热处理1h,制备得到薄膜Q12,评价薄膜Q12的成像能力、抗裂性、抗应力性、吸水性、耐热性。

实施例1-8以及比较例1-4评价结果列于表1中

表1

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