用于在低表面能基底上制造浮雕圖案的環(huán)氧制劑和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可用于在低表面能聚合物基底上制備負(fù)性色調(diào)永久性光致抗蝕劑浮雕圖案的永久性環(huán)氧光致抗蝕劑組合物，其包含：（A）一種或更多種根據(jù)式I至VI的環(huán)氧樹脂；（B）一種或更多種陽離子光引發(fā)劑；（C）一種或更多種鑄膜溶劑和（D）一種或更多種含氟化合物。本發(fā)明還涉及使用所公開組合物在低表面能聚合物基底上形成永久性光致抗蝕劑浮雕圖案的方法。
【專利說明】用于在低表面能基底上制造浮雕圖案的環(huán)氧制劑和方法
[0001]發(fā)明背景
1.【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及永久性的陽離子可光聚合的環(huán)氧膜組合物以及將其用于在低表面能基底上制造浮雕結(jié)構(gòu)的方法。
2.【背景技術(shù)】
[0003]目前,可光致成像涂層(photoimageable coating)被用于各種各樣的微機(jī)電系統(tǒng)(MEM)技術(shù)和應(yīng)用中。微流體是MEM技術(shù)的分支，其涉及以約10_9至10_15升的小體積元件幾何驅(qū)動(dòng)的小體積流體的行為、精確控制和操縱。微流體在20世紀(jì)80年代早期作為技術(shù)學(xué)科出現(xiàn)，并且在噴墨印刷頭、DNA測(cè)序芯片、芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)、微推進(jìn)、適應(yīng)性鏡片、像素化光學(xué)濾波器的制造中獲得了應(yīng)用，并且最近在用于計(jì)算機(jī)和移動(dòng)裝置應(yīng)用的顯示技術(shù)中獲得了應(yīng)用。
[0004]電潤(rùn)濕效應(yīng)為多種微流體裝置設(shè)計(jì)和構(gòu)思提供了基礎(chǔ)。電潤(rùn)濕效應(yīng)定義為由于在固體與電解質(zhì)之間施加所施加的電勢(shì)或電壓引起的固體-電解質(zhì)溶解接觸角的改變。作為一個(gè)實(shí)例，停留在疏水絕緣膜上的水滴由于表面張力不匹配而表現(xiàn)出大的接觸角。如果疏水絕緣膜定位在電極頂部上與其相接觸并且然后水滴與分離的電極相接觸，則當(dāng)在兩個(gè)電極之間施加電勢(shì)時(shí)水滴與疏水表面的接觸角將降低，并且水滴鋪展以覆蓋疏水膜表面更大的區(qū)域。電潤(rùn)濕效應(yīng)是可逆的，因此在移除所施加的電勢(shì)之后，水滴接觸角回復(fù)到未施加偏壓的值。
[0005]如美國(guó)專利N0.7，813，030,7, 359，108,7, 359，108 和 7，800，816 所公開的，電
潤(rùn)濕效應(yīng)已被闡述成微流體 光學(xué)開關(guān)，其構(gòu)成電潤(rùn)濕顯示裝置的操作基礎(chǔ)。這些現(xiàn)有技術(shù)的顯示裝置像素元件各自包括如圖1a和Ib所示構(gòu)造的微流體光學(xué)開關(guān)(由美國(guó)專利N0.7，800，816中的圖1a和Ib重畫)。
[0006]圖1示出了顯示裝置像素元件I的橫截面示意圖，其顯示出電潤(rùn)濕顯示裝置所基于的原理。在可以是玻璃或塑料的兩個(gè)透明基底或支承板3與4之間，提供了彼此混溶的第一流體5和第二流體6。例如,第一流體5可以是烷烴如十六烷或有色油。第二流體6是導(dǎo)電的或極性的并且可以是水或鹽溶液。在裝置處于斷開狀態(tài)下，當(dāng)沒有施加外加電壓(圖1a)時(shí)，流體5與流體6鄰近第一和第二透明支承板3和4。在第一支承板3上，設(shè)置有透明電極7，例如氧化銦(錫)，并且設(shè)置有可濕性較小的中間(疏水)層8例如無定形含氟聚合物作為透明電極7上的涂層。
[0007]當(dāng)通過互連20和21施加電壓(電壓源9)時(shí)，流體5的層移動(dòng)到旁邊或者分解為小液滴(圖lb，連通狀態(tài))。當(dāng)靜電能量增益大于由于產(chǎn)生彎曲表面所引起的表面能損失時(shí)，可發(fā)生這種情況。作為一個(gè)非常重要的方面，發(fā)現(xiàn)覆蓋支承板3的流體5連續(xù)膜與鄰接像素壁(pixel wall) 2的流體5膜之間的可逆開關(guān)通過電氣開關(guān)裝置(電壓源9)來實(shí)現(xiàn)。
[0008]如圖lb，當(dāng)根據(jù)圖1 的裝置上的入射光由反射器10反射出以提供反射光12時(shí)，獲得了光學(xué)開關(guān)。在根據(jù)圖1b的裝置斷開狀態(tài)下，不反射入射光并且像素對(duì)于觀察者表現(xiàn)為暗色。
[0009]發(fā)現(xiàn)負(fù)性色調(diào)的光敏性環(huán)氧涂覆組合物(如SU-8, MicroChem Corp.的產(chǎn)品)可用作用于制造可電潤(rùn)濕顯示器像素側(cè)壁(圖1a中的2)的材料，如Heikenfeld，J.等，J.Micromech.Microeng., 19(2009)第1_12頁所述。為了制造像素側(cè)壁,必須將光敏性環(huán)氧組合物涂覆在疏水層(圖1b中的8)上。在大多數(shù)可電潤(rùn)濕顯示器設(shè)施中，疏水層是低表面能聚合物并且通常使用含氟聚合物。因此，很難在這種低表面能基底上形成溶劑澆鑄的光敏性環(huán)氧組合物的涂層，其原因是環(huán)氧組合物與疏水基底之間表面能大大不匹配導(dǎo)致了涂層缺陷和不良的涂層粘附性。通過使用諸如電暈放電、UV-臭氧法或氧反應(yīng)性離子刻蝕等的方法處理疏水層緩解了該問題，所述方法使疏水層的表面能增加并因此提供了活化表面以促進(jìn)光環(huán)氧組合物的潤(rùn)濕和粘附。這種處理的結(jié)果是，必須降低活化疏水層的表面能以使疏水層的表面能恢復(fù)至允許實(shí)現(xiàn)電潤(rùn)濕裝置適當(dāng)功能的值。這可通過在升高的溫度下烘烤疏水層來完成。應(yīng)注意，可通過透明支承板3的特征來限制烘烤溫度，在塑料例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯的情況下，其將烘烤溫度限制為小于這種塑料支承板材料的變形溫度的值。
[0010]疏水層活化和隨后退火的方法步驟導(dǎo)致了方法復(fù)雜性和成本的增加。因此，存在這樣的負(fù)性色調(diào)光敏性環(huán)氧組合物的需要，所述負(fù)性色調(diào)光敏性環(huán)氧組合物在疏水層上的處理不需要使用疏水層表面活化方法。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供負(fù)性色調(diào)光敏性環(huán)氧組合物以及使用其消除對(duì)疏水層活化的需要的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明涉及永久性環(huán)氧光致抗蝕劑組合物及其永久性固化產(chǎn)品，其可用于制造MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))組件、微型機(jī)械組件、μ-TAS (微型全分析系統(tǒng))組件、微反應(yīng)器組件、介電層和電潤(rùn)濕微流體裝置等 ，其能夠使用紫外線平板印刷方法圖形化，其中所述光致抗蝕劑浮雕結(jié)構(gòu)在低表面能聚合物基底上形成。本發(fā)明還涉及這樣的永久性環(huán)氧光致抗蝕劑組合物及其固化產(chǎn)品，其中所述固化產(chǎn)品具有高強(qiáng)度，良好的粘附性、耐開裂和龜裂性，優(yōu)異的對(duì)酸、堿和溶劑的耐化學(xué)性，良好的耐熱性和良好的電氣特性。
[0012]因此，本發(fā)明的一個(gè)方面涉及提供用于在低表面能聚合物基底上制備負(fù)性色調(diào)永久性光致抗蝕劑浮雕圖案的永久性環(huán)氧光致抗蝕劑組合物，其包含:
[0013]a) —種或更多種環(huán)氧樹脂；和
[0014]b) 一種或更多種陽離子光引發(fā)劑；和
[0015]c) 一種或更多種鑄膜溶劑；和
[0016]d) 一種或更多種含氟化合物。
[0017]除包含組分(A)至(D)之外，根據(jù)本發(fā)明的組合物還可任選地包含一種或更多種的以下添加材料:(E) 一種或更多種表面活性劑；(F) 一種或更多種任選的環(huán)氧樹脂；(G)一種或更多種反應(yīng)性單體；(H) —種或更多種光敏劑；(I) 一種或更多種助粘劑；以及(J)一種或更多種包含染料和顏料的光吸收化合物。除包含組分(A)至(J)之外，根據(jù)本發(fā)明的組合物還可任選地包含包括但不限于以下的附加材料:熱產(chǎn)酸化合物(thermal acidgenerator compound)、流動(dòng)控制劑、熱塑性和熱固性的有機(jī)聚合物和樹脂、無機(jī)填充材料以及自由基光引發(fā)劑。
[0018]環(huán)氧樹脂(A)可例如包括一種或更多種根據(jù)式I至式VI的環(huán)氧樹脂:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種用于在低表面能聚合物基底上制備負(fù)性色調(diào)永久性光致抗蝕劑浮雕圖案的永久性環(huán)氧光致抗蝕劑組合物，其包含: (A)—種或更多種環(huán)氧樹脂； (B)一種或更多種陽離子光引發(fā)劑； (C)一種或更多種鑄膜溶劑；和 (D)一種或更多種含氟化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其還包含一種或更多種的以下添加材料: (E)—種或更多種表面活性劑； (F)一種或更多種任選的環(huán)氧樹脂； (G)一種或更多種反應(yīng)性單體； (H)一種或更多種光敏劑； (I)一種或更多種助粘劑；以及 (J) 一種或更多種包含染料和顏料的光吸收化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述環(huán)氧樹脂(A)包括一種或更多種根據(jù)式I至式VI的環(huán)氧樹脂:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其還包含一種或更多種附加材料，包括但不限于熱產(chǎn)酸化合物、流動(dòng)控制劑、熱塑性和熱固性的有機(jī)或有機(jī)金屬聚合物和樹脂、無機(jī)填充材料以及自由基光引發(fā)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述環(huán)氧樹脂(A)中的一種或更多種是雙酚A酚醛環(huán)氧樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中溶劑組分(C)是選自乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮和碳酸二甲酯的溶劑之一或其混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述含氟化合物(D)是一種或更多種選自包含以下的化合物:2，3- 二氫全氟戊烷、Novec7200和Novec7300。
8.—種在低表面能聚合物基底上形成永久性光致抗蝕劑浮雕圖案的方法，其包括以下步驟:(I)通過將低表面能聚合物溶液涂覆在基底上在所述基底上設(shè)置低表面能聚合物層；(2)在所述低表面能聚合物基底上形成根據(jù)本發(fā)明的光致抗蝕劑組合物中的任意一種的層；(3)通過加熱所涂覆基底使大部分所述溶劑從所述光致抗蝕劑層中蒸發(fā)以在所述基底上形成所述光致抗蝕劑組合物的膜；(4)經(jīng)由掩模用活性射線照射所述光致抗蝕劑膜；(5)通過加熱使所照射的光致抗蝕劑膜交聯(lián)；(6)用溶劑使所述掩模圖像在所述光致抗蝕劑膜中顯影以在所述光致抗蝕劑膜中形成所述掩模的負(fù)性色調(diào)浮雕圖像；以及(7)加熱處理所述光致抗蝕劑浮雕結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步固化所述光致抗蝕劑和低表面能聚合物層。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中使用狹縫涂覆法將根據(jù)本發(fā)明的組合物的層施用于基底。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中使用壓電式噴墨印刷裝置將根據(jù)本發(fā)明的組合物的圖案化層施用于基底。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中將根據(jù)本發(fā)明的組合物的層施用于低表面能基
。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述活性射線由波長(zhǎng)為約200納米至約450納米的紫外線組成。`
13.—種通過根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法制備的永久性光致抗蝕劑浮雕圖案，其用于顯示裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的永久性光致抗蝕劑浮雕圖案，其中所述顯示裝置包括智能手機(jī)顯示器、計(jì)算機(jī)顯示器和活動(dòng)標(biāo)識(shí)。
15.一種通過根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法制備的永久性光致抗蝕劑浮雕圖案，其用于微流體裝置。
【文檔編號(hào)】C08L63/00GK103874731SQ201280049485
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月7日
【發(fā)明者】丹尼爾·J·納夫羅茨基, 杰里米·V·戈?duì)柕? 威廉·D·韋伯 申請(qǐng)人:微量化學(xué)公司