СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2018 года по МПК C03C17/00 C09D183/04 

Настоящее изобретение относится к способу получения структурированных покрытий. Настоящее изобретение, в частности, относится к способу получения оптически плотных, термостабильных, непроводящих, структурированных покрытий. Настоящее изобретение также относится к структурированным покрытиям, получаемым с помощью способа по настоящему изобретению.

Структурированные покрытия имеют важное значение для многих технических областей применения. Оптически плотные, непроводящие, структурированные покрытия являются ключевыми для многих областей применения в технологии полупроводников. В частности, для получения дисплеев необходимы оптически плотные, непроводящие покрытия, для того чтобы обрамить край дисплея, защитить электронные компоненты от света и/или обеспечить функцию разделения пикселей цветных фильтров. Покрытие, которое обеспечивает достижение вышеуказанных целей, поскольку они часто приводят к черным покрытиям, называют черной матрицей. Однако они могут, в принципе, быть любого требуемого цвета. Однако предпочтительно черные матрицы являются черными или белыми.

В предшествующем уровне техники раскрыты различные способы получения структурированных покрытий, в частности, получения черных матриц.

В EP 0762996 A1 раскрыт способ получения структурированных покрытий, где структурирование осуществляют с помощью штампов для тиснения. Однако данный способ не применим по отношению к тонко структурированным покрытиям, необходимых, например, в технологии полупроводников.

Например, черные матрицы можно также получить путем осаждения хрома, в частности, посредством напыления (EP 0740183 A1). Однако этот способ имеет недостаток в том, что соответствующие процессы являются очень сложными с точки зрения устройства и требуют больших конструкций, и интеграция в процессы для получения дисплеев является очень сложной. Другой недостаток применения хрома заключался в том, что он является тяжелым металлом и, таким образом, является экологически вредным и его утилизация является очень дорогостоящей.

Структурированные покрытия или черные матрицы также можно, в принципе, получать посредством окрашивания с помощью органического красителя (EP 0740183 A1). Однако композиции для покрытия, содержащие органический краситель, являются непригодными для обеспечения структурированных покрытий, имеющих высокую глубину цвета и однородное распределение цвета. Черные покрытия, в частности, нельзя получить с помощью этих растворов, так как на сегодняшний день нет никаких органических красителей, которые приводят к глубоким черным покрытиям. Композиции для покрытия, содержащие смеси различных красителей, имеют недостаток, заключающийся в том, что они приводят к недостаточной глубине цвета. Кроме того, они приводят в результате к невыгодным неоднородным окраскам. Покрытия, содержащие органические красители, также не способны выдерживать температуры, которые часто применяют при получении дисплеев. По этой причине растворы, содержащие органические красители, на сегодняшний день не привели к какому-либо коммерческому применению в получении дисплеев.

Обычные способы печати, в которых применяют композиции для покрытия, содержащие окрашивающие средства, которые не являются органическими красителями, все еще не могут применяться на сегодняшний день для получения достаточно тонко структурированных покрытий и, в частности, недостаточно четко ограниченных черных матриц. Один способ получения черных матриц основан, например, на применении композиции для покрытия, содержащей связующее вещество и неорганический пигмент (EP 0740183 A1). Применяемый пигмент может представлять собой углеродную сажу (т. е. черный пигмент). Однако углеродная сажа является невыгодной, поскольку соответствующие покрытия могут стать проводящими. В качестве альтернативы также применяют оксиды металлов, в частности, шпинельные цветные пигменты. Среди них особое предпочтение отдают шпинельным цветным пигментам, поскольку их также можно применять для получения непроводящих покрытий из композиций для покрытия, содержащих высокие концентрации пигмента. Кроме того, черные пигменты и многие другие пигменты могут быть диспергированы только с большим трудом или они имеют склонность к коагуляции, что опять-таки оказывает негативное воздействие на качество слоя черной матрицы. И наконец, шпинельные пигменты являются очень термостабильными и могут, в отличие от черных пигментов и нешпинельных пигментов, в некоторых случаях даже не быть образованы, пока они не находятся в составе отверждаемых покрытий (Silva et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 272-276 (2004) р.1851-1853). Цветные пигменты также могут быть с обработанной поверхностью (cм., например, DE 4014928 C1 и US 6136083 A). Однако с помощью способов, в которых применяют пигменты на основе оксидов металлов и которые известны на сегодняшний день, все еще невозможно получить достаточно тонко структурированные покрытия.

И наконец, структурированные покрытия или черные матрицы также можно получить с помощью селективного превращения фоточувствительных композиций для покрытия, содержащих черный пигмент (например углеродную сажу). Однако этот способ также приводит к худшим покрытиям, в частности, вследствие неполного превращения при высоких значениях содержания пигмента. В EP 0740183 A1 раскрыт способ получения структурированных покрытий, в котором композицию для покрытия, содержащую черный пигмент, представляющий собой оксидное соединение, содержащий по меньшей мере два оксида металлов, неорганическое связующее вещество и фоточувствительную смолу, наносят на подложку и нанесенную композицию для покрытия подвергают облучению с помощью ртутной лампы через фотомаску, проявляют, промывают и затем необязательно дополнительно нагревают. Однако применение фоточувствительных смол на основе органических систем имеет недостаток, заключающийся в том, что полученные с их применением слои нельзя подвергать действию высоких температур, которые преимущественно применяют в получении дисплеев.

Таким образом, задача, рассматриваемая в настоящем документе, заключается в устранении недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, задача, рассматриваемая в настоящем документе, заключается в обеспечении способа получения структурированных покрытий, с помощью которого можно получить очень тонко структурированные покрытия и в котором применяют окрашивающие композиции для покрытия без органических красителей, связующих веществ и фоточувствительных смол.

Данной цели достигают с помощью способа получения структурированных покрытий, в котором композицию для покрытия, содержащую по меньшей мере одно неорганическое связующее вещество, по меньшей мере один оксидный пигмент, который после добавления смеси, включающей 15 мл 1 M щавелевой кислоты и 15 мл 20% водной хлористоводородной кислоты в пересчете на 1 г вещества, при стандартных условиях (SATP: 25°C, 1,013 бар) приводит к повышению температуры по меньшей мере на 4°C, и по меньшей мере один растворитель, наносят на подложку, на полученную в результате пленку из композиции для покрытия частично наносят покрытие с помощью фоторезиста, и на подложку наносят покрытие с помощью композиции для покрытия, и фоторезист обрабатывают с помощью кислоты.

Способы по настоящему изобретению для получения структурированных покрытий, в принципе, являются пригодными для получения любых требуемых структурированных покрытий. Однако предпочтительно полученные таким образом покрытия представляют собой структурированные покрытия из области технологии полупроводников. Более предпочтительно способ по настоящему изобретению представляет собой способ получения структурированных черных матриц. Неожиданно было обнаружено, что таким образом можно получать исключительно тонкие структуры (со значениями ширины < 10 мкм). Кроме того, способ по настоящему изобретению имеет преимущество, заключающееся в том, что его можно осуществлять даже с применением относительно слабых кислот. Таким образом, можно избежать применения токсичных травящих средств, например, фтористоводородной кислоты.

В способе по настоящему изобретению композицию для покрытия наносят на подложку. В принципе, любая требуемая подложка является пригодной для способа по настоящему изобретению. Однако для последующего применения в технологии полупроводников предпочтение отдают подложкам, выбранным из стекла, кремния, диоксида кремния, оксида металла или оксида переходного металла, металла или полимерного материала, в частности, PI, PEN, PEEK, PC или PET. Субстрат также можно не подвергать обработке или подвергать обработке. Термин «обработанная подложка» дополнительно включает не только обработки, выполненные для получения требуемых поверхностных свойств, но также обработки, выполненные для получения требуемых технических свойств (в частности, для получения требуемых электронных свойств, например, обработки для нанесения структур дисплея, например пикселей).

Композиция для покрытия, которую наносят на подложку, содержит по меньшей мере одно неорганическое связующее вещество, по меньшей мере один оксидный пигмент и по меньшей мере один растворитель. Следовательно, она может содержать еще дополнительные компоненты композиции. Однако предпочтительно композиция для покрытия по настоящему изобретению включает исключительно одно или более связующих веществ, один или более оксидных пигментов и один или более растворителей. С целью получения структурированных покрытий с особенно хорошей пригодностью для применения в области высоких температур в способе по настоящему изобретению применяют композиции для покрытия, включающие исключительно одно или более неорганических связующих веществ, один или более оксидных пигментов и один или более растворителей.

Композиция для покрытия предпочтительно представляет собой композицию для покрытия, которая является жидкой при стандартных условиях (SATP: 25°C, 1,013 бар), которая имеет преимущество, заключающееся в том, что ее особенно легко наносить и она приводит к особенно тонким структурам.

Применяемая композиция для покрытия содержит по меньшей мере одно неорганическое связующее вещество. Предпочтительно по меньшей мере одно неорганическое связующее вещество представляет собой связующее вещество, которое, в формальном смысле, представляет собой продукт конденсации необязательно алкилированных алкоксисиланов.

Предпочтительные неорганические связующие вещества имеют общую формулу Si_aR¹_bO_c(OR²)_d, при этом a ≥ 2, b ≥ 0, c ≥ 1, d ≥ 5, и R¹ и R² представляют собой органический радикал.

Соответствующие неорганические связующие вещества, которые формально являются соединениями оксиалкоксисилана или соединениями алкилированного оксиалкоксисилана, представляют собой продукты конденсации алкоксисиланов и необязательно алкилированных алкоксисиланов и их можно получить из них при катализе с помощью кислоты или кислого сложного эфира. Применяемыми реагентами могут предпочтительно являться алкоксисиланы общей формулы Si(OR²)₄, при этом R² представляет собой органический радикал, и алкилированные алкоксисиланы общей формулы SiR¹(OR²)₃, при этом R¹ и R² представляют собой органический радикал. Соответствующую реакцию можно проводить особенно эффективно в воде. Реакцию можно проводить особенно эффективно со сложными эфирами фосфорной кислоты, предпочтительно с монометилфосфатами. Применяемыми реагентами могут предпочтительно являться алкоксисиланы общей формулы Si(OR²)₄ и алкилированные алкоксисиланы SiR¹(OR²)₃, при этом R¹ или R² представляют собой -CH₃, -CH₂CH₃, -CH₂CH₂CH₃, -CH(CH₃)₂. Даже при том, что реакцию проводят в присутствии воды, то, как правило, бывает так, что, после завершения реакции, то есть после формирования связующего вещества, вода присутствует только в очень малых долях обычно < 5% по весу, в частности, < 2% по весу, дополнительно, в частности, < 1% по весу, исходя из общего веса композиции для покрытия.

Дополнительные предпочтительные неорганические связующие вещества, таким образом, имеют общую формулу Si_aR¹_bO_c(OR²)_d, при этом R¹ и R² представляют собой -CH₃, -CH₂CH₃, -CH₂CH₂CH₃, -CH(CH₃)₂, предпочтительно R¹ и R² представляют собой -CH₃ и/или -CH₂CH₃, a ≥ 2, b ≥ 0, c ≥ 1 и d ≥ 5.

Особенно хороших покрытий, которые проявляют особенно низкую хрупкость, можно достичь при применении смеси SiCH₃(OCH₂CH₃)₃ и Si(OCH₂CH₃)₄. Полученные в результате связующие вещества соответственно имеют радикалы R¹, который представляет собой -CH₃ и R², который представляет собой –CH₂CH₃.

Особенно хорошей пригодностью для получения тонко структурированных черных матриц, имеющих особенно однородные слои с низкой шероховатостью поверхности, обладают дополнительные композиции для покрытия, содержащие соответствующие связующие вещества, при этом a = 5-150, предпочтительно a = 20-100, предпочтительно a = 30-80 атомами кремния.

Максимальное значение суммы b + d, в частности, в случае малых значений a, близко к 4 а. Значение c составляет по меньшей мере 1 и относится к значениям a, b и d по соотношению 4·a = b + 2·c + d. Предпочтительно соотношение c к a для достижения особенно хороших свойств полученного в результате слоя составляет в среднем от 1,1 до 2,0, более предпочтительно от 1,15 до 1,8, наиболее предпочтительно от 1,2 до 1,5.

Предпочтительно композиции для покрытия по настоящему изобретению дополнительно практически не содержат органических связующих веществ (т. е. доля органического связующего вещества в пересчете на общий вес связующего вещества, составляет 5% по весу или меньше, предпочтительно 2% по весу или меньше, более предпочтительно составляет 0% по весу), поскольку они имеют большое преимущество в случае, когда их используют на термических стадиях при температуре не более 800°C.

Кроме того, неорганическое связующее вещество применяют в способе по настоящему изобретению для достижения особенно хороших результатов в композиции для покрытия соразмерно от 5% до 75% по весу, более предпочтительно 10%-45% по весу, исходя из общего веса покрытия.

Композиция для покрытия, применяемая в способе по настоящему изобретению, дополнительно содержит по меньшей мере один оксидный пигмент, который после добавления смеси, включающей 15 мл 1 M щавелевой кислоты и 15 мл 20% водной хлористоводородной кислоты (HCl) в пересчете на 1 г вещества, при стандартных условиях (SATP: 25°C, 1,013 бар) приводит к повышению температуры по меньшей мере на 4°C.

Данная экзотермическая реакция после добавления смеси с объемом 30 мл, содержащей 15 мл 1 M щавелевой кислоты и 15 мл 20% водной хлористоводородной кислоты (HCl) на 1 г оксидного пигмента, в случае оксидных пигментов, применяемых в соответствии с настоящим изобретением, в отличие от других оксидных пигментов характеризуется особенностью, представляющей собой повышенную температуру, составляющую по меньшей мере 29°C через 60 секунд после добавления при SATP с последующим перемешиванием при 200 об/мин, что является указателем реакционной способности и, следовательно, соответствующей пригодности соответствующего смешанного оксидного пигмента.

Соответствующие оксидные пигменты можно понимать, как обозначающие i) пигменты на основе оксида (полу)металла в одной степени окисления, ii) пигменты на основе смешанных оксидов (полу)металла в более чем одной степени окисления (оксиды (полу)металла со смешанной валентностью, например, оксида железа Fe₃O₄) и iii) пигменты на основе смешанных оксидов (оксидные пигменты со смешанной фазой) по меньшей мере двух (полу)металлов, каждый из которых находится в одной или более степенях окисления. Термин «(полу)металлы» в равной степени охватывает металлы и полуметаллы.

Предпочтительно по меньшей мере один оксидный пигмент представляет собой пигмент на основе смешанного оксида (полу)металла в более чем одной степени окисления (например, оксид железа Fe₃O₄) и/или пигмент на основе смешанных оксидов (т. е. оксидный пигмент со смешанной фазой) по меньшей мере двух (полу)металлов, каждый из которых находится в одной или более степенях окисления. Более предпочтительно пигмент представляет собой пигмент на основе смешанных оксидов по меньшей мере двух (полу)металлов, каждый из которых может снова быть в одном или более окислительных состояниях. Наиболее предпочтительно пигмент представляет собой пигмент на основе смешанных оксидов по меньшей мере двух металлов, из которых по меньшей мере два металла находятся в разных степенях окисления (оксиды со смешанной валентностью). Соответствующие соединения представляют собой оксиды и/или смешанные оксиды и могут иметь, например, структуру шпинели или структуру обращенной шпинели (и, таким образом, представляют собой монофазные пигменты со смешанной фазой), или же принимают форму смеси различных кристаллических фаз.

Особенно хороших результатов достигают с помощью пигментов, которые представляют собой смешанные оксиды железа и марганца. Особое предпочтение дополнительно отдают смешанным оксидам железа и марганца, содержащим оксид меди, с помощью которых можно достичь особенно хороших результатов. Под соответствующими «смешанными оксидными» пигментами подразумевают как монофазные, так и полифазные смешанные кристаллические оксиды.

Особенно предпочтительными смешанными оксидами железа и марганца, содержащими оксид меди, являются те, которые получают с помощью прокаливания оксида марганца (II) (MnO), оксида марганца (III) (Mn₂O₃), оксида железа (II) (FeO), оксида железа (III) (Fe₂O₃) и оксида меди (II) (CuO). Соответствующие смешанные оксиды также называют по их Колор-индексу (сокращенно C.I.) «Pigment Black 26». C.I. представляет собой справочник, который существует с 1925 года для всех широко используемых красителей и химических веществ на основе красителей и является стандартной работой в области химии пигментов и красителей. Колор-индекс опубликован Британским обществом красильщиков и колористов и Американской ассоциацией химиков-текстильщиков и колористов.

Соответствующими особенно предпочтительными пигментами являются те, которые получают под названием Black 444 от The Shepherd Color Company, США, Daipyroxide Black 9550 от Dainichiseika Color & Chemicals Mfg. Co., Ltd., Япония, Spinel Black 47400 от Kremer Pigmente GmbH und Co. KG. KG, Германия и PS 24-3060 PK от Ferro GmbH, Германия. Даже если эти особенно предпочтительные пигменты упоминаются как марганец-железные черные шпинели, нет уверенности в том, что эти пигменты имеют структуру шпинели исключительно или вообще.

В дополнение к упомянутым оксидным пигментам в композиции могут присутствовать дополнительные цветные пигменты, в частности, оксид титана, цинковые белила, синяя шпинель, литопон, сульфат бария, оксид цинка, карбонат кальция, кристобалит или каолин. Однако предпочтительно композиции по настоящему изобретению содержат только вышеописанные оксидные пигменты, которые приводят к описанному повышению температуры.

Кроме того, композиция для достижения покрытий, характеризующихся особенно хорошими изоляционными свойствами, предпочтительно не содержит углерод, что означает, что она не содержит каких-либо долей полиморфных модификаций углерода, таких как углеродная сажа, графит, активированный уголь, углеродная пыль, фуллерены, графен и т. п. «Не содержит каких-либо долей полиморфных модификаций углерода» необходимо понимать в том значении, что доля полиморфных модификаций углерода составляет не более 0,5% по весу, предпочтительно не более 0,2% по весу, наиболее предпочтительно не более 0,1% по весу, в пересчете на общий вес взвешенной композиции на основе пигмента.

Доля оксидных пигментов, имеющих свойство, описанное в композиции, предпочтительно исходит из общего веса композиции, 10% - 50%, более предпочтительно 15% - 40% и еще более предпочтительно 15% - 35% по весу.

Композиция дополнительно содержит по меньшей мере один растворитель. В принципе, как органические растворители, так и вода являются потенциальными растворителями. Однако особенно хорошие покрытия получаются, когда по меньшей мере один растворитель представляет собой органический растворитель или смесь органических растворителей. Предпочтительно органический растворитель представляет собой спирт, алкиловый сложный эфир, алкоксиспирт и/или алкоксиалкиловый сложный эфир. Наиболее предпочтительно по меньшей мере один растворитель представляет собой 1-метокси-2-пропанол, этиллактат, бутилацетат, этилбензоат, ацетат монометилового эфира пропиленгликоля, моноэтиловый эфир триэтиленгликоля (этилтригликоль, TGEE), этанол, изопропанол и/или бутанол.

Как правило, доля растворителя(растворителей) составляет предпочтительно 20%-80% и более предпочтительно 35%-70% по весу, исходя из общего веса покрытия.

Кроме необходимых компонентов неорганического связующего вещества, растворителя и оксидного пигмента композиция также может дополнительно включать дополнительные примеси и добавки. Например, композиция, кроме по меньшей мере одного оксидного пигмента, может включать дополнительные пигменты или красители. Однако предпочтительно композиция по настоящему изобретению содержит только оксидные пигменты в качестве пигментных компонентов. Кроме того, композиция может включать по меньшей мере одну смачивающую добавку, диспергирующую добавку и/или выравнивающую добавку в качестве добавки для достижения положительных свойств. Особенно предпочтительные добавки представляют собой добавки на основе уретановых сополимеров или полиэфиров, модифицированных, например, силоксанами. Особенно предпочтительные добавки представляют собой коммерчески доступные продукты под названиями TEGO Dispers 656 и TEGO Glide 450 (каждый от Evonik Goldschmidt GmbH) и названием BYK 111 (от Byk Chemie GmbH). Для достижения полезных свойств дополнительно можно добавить дисперсный SiO_x в качестве наполнителя композиции для покрытия по настоящему изобретению.

Предпочтительно композиция, применяемая в способе по настоящему изобретению, для достижения особенно хорошей способности к восприятию покровного слоя, пригодности для печатания и способности наноситься распылением, имеет вязкость 1 мПа⋅с - 10 Па⋅с, в частности, 1 мПа⋅с - 100 мПа⋅с, определенную согласно DIN 53019 часть 1-2 и измеренную при 20°C. Соответствующие значения вязкости можно установить посредством добавления полимеров, производных целлюлозы или SiO₂, доступного под торговым названием Aerosil, и, в частности, предпочтительно посредством PMMA, поливинилового спирта, уретановых загустителей или полиакрилатных загустителей.

Примеси и добавки, если они вообще присутствуют, применяют, как правило, соразмерно не более 10%, предпочтительно не более 3%, по весу, исходя из общего веса композиции.

Применяемые композиции для покрытия могут быть структурированы очень эффективно, в частности если выбран один или более из предпочтительных описанных вариантов осуществления для неорганического связующего вещества, оксидного пигмента и растворителя. Кроме того, описанные композиции для покрытия имеют преимущество, заключающееся в том, что они могут быть успешно очень тонко структурированы даже с помощью слабых кислот или смесей слабых кислот, и, таким образом, не существует никаких требований для травления с помощью, например, высоко технических вакуумных процессов (как, например, в случае сухого травления) или с помощью сильных кислот или кислот, которые наносят высокую степень вреда здоровью или окружающей среде (таких как фтористоводородная кислота).

Описанные композиции для покрытия, если их применяют в способе по настоящему изобретению, приводят не только к требуемым преимуществам, но неожиданно также дополнительно к особенно высокой оптической плотности полученного в результате покрытия.

Нанесение композиции для покрытия на подложку можно осуществлять либо на всю область, либо структурированным образом. Способ можно осуществлять особенно простым и, следовательно, преимущественным образом, если композицию для покрытия наносят на всю область.

Композицию для покрытия по настоящему изобретению, в принципе, можно наносить любым желаемым способом.

Предпочтительно композицию для покрытия наносят на подложку с помощью способа нанесения покрытия, выбранного из способов печати (в частности, флексографической/гравюрной печати, струйной печати, наиболее предпочтительно непрерывной, термической или пьезоструйной печати, офсетной печати, цифровой офсетной печати и трафаретной печати), способов распыления, способов нанесения покрытия методом центрифугирования, способов нанесения покрытия погружением и способов, выбранных из нанесения покрытия методом пропитки, щелевого нанесения покрытия, нанесения покрытия с помощью щелевой формы и нанесения покрытия методом обливания. Наиболее предпочтительно композицию для покрытия наносят с помощью способа печати или способа нанесения покрытия методом центрифугирования. В частности, подходящие способы печати представляют собой струйный способ и способ с жидким тонером (например HP Indigo), поскольку эти способы обладают особенно хорошей пригодностью для структурного применения печатного материала. Наиболее предпочтительно способ по настоящему изобретению представляет собой способ нанесения покрытия методом центрифугирования, поскольку таким образом можно получить покрытие, охватывающее всю область, особенно простым способом.

Если жидкую композицию для покрытия наносят с помощью способа нанесения покрытия методом центрифугирования, то его предпочтительно осуществляют при скоростях от 100 до 5000 об/мин. Предпочтительно нанесение покрытия сначала осуществляют при низкой скорости вращения 100-1000 об/мин в течение от 5 с до 30 с, а затем скорость вращения повышают снова до 1500-5000 об/мин в течение от 10 с до 120 с.

В принципе, когда подходящие свойства выбраны, то можно наносить фоторезист непосредственно после нанесения композиции для покрытия.

Однако предпочтительно после нанесения жидкой композиции для покрытия растворитель удаляют с помощью высушивания перед нанесением фоторезиста. Кроме того, это предотвращает образование трещин на слое на последующей стадии отверждения и улучшает адгезию композиции для покрытия к подложке. Высушивание предпочтительно осуществляют термически при стандартном давлении при температурах от 50 до 150°C в течение времени высушивания от 30 с до одного часа. Более предпочтительно высушивание осуществляют посредством нагревания до 90-120°C (при 1013 мбар) на протяжении периода 5-10 минут. Соответствующую необязательную стадию высушивания можно также называть как «предварительный отжиг».

После нанесения композиции для покрытия и последующего высушивания на полученную в результате пленку частично наносят покрытие с помощью фоторезиста. Это можно осуществить либо посредством нанесения покрытия на всю область и после этого его избирательного структурирования (например, посредством способа с применением маски и последующим удалением требуемых участков), либо посредством структурированного нанесения фоторезиста (например, посредством способа печати). Способы и средства для осуществления этого известны специалистам в данной области, как и пригодность соответствующих коммерчески доступных фоторезистов. Особенно предпочтительный коммерческий продукт представляет собой фоторезист AZ 1514H от MicroChemicals GmbH.

После частичного нанесения фоторезиста результатом является покрытая подложка, которая имеет пленочное покрытие, нанесенное на всю область или в виде структуры, которое в свою очередь частично покрыто структурированным слоем фоторезиста. Участки пленочного покрытия, на которые нанесли покрытие с помощью структурированного фоторезиста, соответствуют требуемому пигментированному покрытию, например, черным матрицам.

После частичного нанесения фоторезиста на подложку наносят покрытие с помощью композиции для покрытия и фоторезист обрабатывают с помощью кислоты. Неожиданно было обнаружено, что пигменты, которые характеризуются упомянутым повышением температуры, можно выщелачивать из пленок из композиции для покрытия, непокрытых фоторезистом. Таким образом, обработка с помощью кислоты делает предварительно нанесенное покрытие прозрачным.

Под кислотой в контексте настоящего изобретения следует понимать неорганическую кислоту или органическую кислоту. Они являются химическими соединениями, которые образуют протоны (ионы H⁺) и характеризуются pH менее 7,00 в водном растворе. Предпочтительно применяемые кислоты характеризуются pH от 1 до 6, более предпочтительно от 1 до 3. Предпочтительно применяемые кислоты представляют собой хлористоводородную кислоту, серную кислоту, фосфорную кислоту, азотную кислоту, фтористоводородную кислоту, кремниевую кислоту, угольную кислоту, уксусную кислоту, лимонную кислоту и бензойную кислоту. Предпочтительно применяемые кислоты представляют собой водную щавелевую кислоту в концентрации 0,3-2,5 моль/л и водную хлористоводородную кислоту 3,0-12,0 моль/л (последнее соответствует 10%-35% по весу). Также возможно применение смесей вышеупомянутых кислот. Особенно хороших результатов достигают с помощью смесей с соотношением от 1:2 до 2:1 (частей по объему) 1 M водной щавелевой кислоты к 6 M водной HCl.

Обработку с помощью кислоты можно осуществлять любым желаемым способом. Предпочтительно покрытую подложку погружают в соответствующий бак для погружения. Предпочтительное время обработки или время погружения составляет 1-15 минут, более предпочтительно 3-5 минут. Обработку с помощью кислоты более предпочтительно осуществляют при стандартных условиях (SATP: 25°C, 1,013 бар).

Обработка кислотой приводит к выщелачиванию упомянутых оксидных пигментов из покрытия (см. фигуру 1). После этого на месте остается нерастворимое в кислоте покрытие на основе неорганического связующего вещества. Его слегка пористая поверхность является особенно пригодной для нанесения дополнительных покрытий, в частности, противоотражающих покрытий или покрытий против отпечатков пальцев.

Для достижения соответствующих предпочтительных покрытых подложек, которые еще имеют бесцветное неорганическое покрытие, таким образом, фоторезист удаляют после обработки кислотой и оставшееся покрытие отверждают. Предпочтительно фоторезист можно удалять с помощью растворения в органических растворителях. Более предпочтительно фоторезист можно удалять с помощью растворителей, например, ацетона.

Однако особенно гладкие и, следовательно, также предпочтительные слои являются результатом при частичном или полном, предпочтительно полном удалении покрытия, которое не содержит пигмента после обработки кислотой. Не содержащее пигмент неорганическое покрытие можно удалить предпочтительно с помощью оснований.

Основание в контексте настоящего изобретения предусматривает химические соединения, которые образуют гидроксильные ионы (ионы OH^-) и характеризуются pH более 7,00 в водном растворе. Предпочтительно применяемые основания характеризуются pH от 8 до 14, более предпочтительно от 11 до 14. Предпочтительно применяемое основание представляет собой водный раствор NaOH в концентрациях от 0,02 до 1,0 M.

Обработку с помощью основания можно осуществлять любым желаемым способом. Предпочтительно покрытую подложку погружают в соответствующий бак для погружения. Предпочтительное время обработки или время погружения составляет от 10 секунд до 5 минут, более предпочтительно 10-90 секунд. Обработку с помощью основания более предпочтительно осуществляют при стандартных условиях.

В также предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, после обработки кислотой, не содержащее пигмент покрытие удаляют частично (см. фигуру 2) или полностью (фигура 3), затем удаляют фоторезист и, наконец, оставшееся покрытие отверждают. Особенно гладкие и, следовательно, особенно предпочтительные покрытия являются результатом при полном удалении не содержащего пигмент покрытия.

Последующее отверждение осуществляют, независимо от того удаляют ли не содержащее пигмент покрытие частично или полностью или не удаляют, предпочтительно при давлении 1013 мбар на протяжении периода от 1 минуты до 1 часа при температурах от 200°C до 800°C, предпочтительно на протяжении периода 1-10 минут при температурах 300-400°C.

В настоящем изобретении дополнительно предусмотрены структурированные слои, получаемые с помощью способа по настоящему изобретению.

В настоящем изобретении дополнительно предусмотрено применение слоев, получаемых с помощью способа по настоящему изобретению, в электронных компонентах и в автомобилестроении.

Примеры

Пример 1. Получение золь-гель матрицы

• Смешивали TEOS (15,44 вес. %) и MTES (66,18 вес. %).

• Затем к ним добавляли деминерализованную H₂O (9,18 вес. %) и сложный эфир фосфорной кислоты Hordaphos CCMS (0,02 вес. %).

• Смесь перемешивали на мешалке в течение ночи.

• Затем снова добавляли деминерализованную H₂O (9,18 вес. %).

• Золь-гель смесь выдерживали в течение 2 дней (с перемешиванием).

Пример 2. Получение дисперсии

• Сначала помещали растворитель 1-метокси-2-пропанол (57,85 вес. %), для того чтобы разбавить золь-гель смесь до подходящей концентрации твердых веществ.

• Затем добавляли 15,03 вес. % золь-гель смеси.

• Добавляли диспергирующую и смачивающую добавку TEGO Dispers 710 (2,10 вес. %).

• В последнюю очередь добавляли Spinel Black «самый глубокий черный (Fe,Mn)(Fe,Mn)₂O₄» от Kremer Pigmente GmbH & Co. KG (в количестве 25,02 вес. %).

• Для диспергирования посредством перемешивающего смесителя (Scandex) добавляли приблизительно 30 г измельчающих шариков из оксида циркония, размером 0,4-0,6 мм.

• Диспергируемую смесь диспергировали в течение по меньшей мере 2 часов, но лучше 10 часов, в перемешивающем смесителе.

• После диспергирования измельчающие шарики удаляли посредством осаждения или фильтрования

Пример 3. Нанесение покрытия на подложку

• В качестве подложек, подлежащих нанесению покрытия, применяли стеклянные подложки.

• Перед нанесением покрытия подложки из стекла очищали органическим растворителем (изопропанолом), промывали деионизированной водой и затем высушивали в атмосфере азота.

• Дисперсию наносили посредством способа нанесения покрытия методом центрифугирования со следующими параметрами: 10 с при 500 об/мин, затем 30 с при 2000 об/мин.

• Структурированию предшествовала стадия предварительной термообработки, для того чтобы постепенно удалить растворитель и предотвратить растрескивание слоя (10 мин. при 100°C на горячей плите).

Пример 4. Нанесение фоторезиста; воздействие УФ-излучением

• Посредством способа нанесения покрытия методом центрифугирования наносили фоторезист AZ 1514H от MicroChemicals GmbH на покрытые стеклянные подложки со следующими параметрами: 30 сек. при 2000 об/мин.

• Отверждение проводили на горячей плите при 180°C в течение 80 секунд.

• После отверждения подложки подвергали воздействию УФ-света через маску в установке совмещения в течение 10 секунд.

Пример 5. Проявление

• Подвергшиеся воздействию стеклянные подложки проявляли в течение 2,5 минут в ванне, содержащей проявитель AZ от MicroChem GmbH.

• Затем стеклянные подложки промывали деионизированной водой и высушивали с помощью азота.

Пример 6. Структурирование

• Стеклянные подложки обрабатывают на первой стадии в ванне, содержащей 1 M щавелевую кислоту и 20% водную хлористоводородную кислоту (1:1), в течение 5 минут.

• Затем стеклянные подложки промывали деионизированной водой и высушивали с помощью азота.

• Стеклянные подложки обрабатывали на второй стадии в ванне, содержащей 0,5 M раствор гидроксида натрия в течение 40 секунд.

• Затем стеклянные подложки промывали деионизированной водой и высушивали с помощью азота.

Пример 7. Отверждение

• Отверждение проводили на горячей плите при 350°C в течение 5 минут.

Изобретение относится к способу получения структурированных покрытий. Способ получения структурированных покрытий включает нанесение на подложку композиции, содержащей одно неорганическое связующее вещество с общей формулой Si_aR¹_bO_c(OR²)_d, при этом а≥2, b≥0, c≥1, d≥5, и R¹ и R² представляют собой органический радикал; по меньшей мере один оксидный пигмент, который после добавления смеси, включающей 15 мл 1 М щавелевой кислоты и 15 мл 20% водной хлористоводородной кислоты в пересчете на 1 г оксидного пигмента, при стандартных условиях приводит к повышению температуры по меньшей мере на 4°C, и по меньшей мере один растворитель. Полученную в результате пленку из композиции для покрытия частично покрывают фоторезистом и обрабатывают с помощью кислоты. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 пр., 3 ил.

1. Способ получения структурированных покрытий, где

a. композицию для покрытия, содержащую

i. по меньшей мере одно неорганическое связующее вещество с общей формулой

Si_aR¹_bO_c(OR²)_d, при этом а≥2, b≥0, c≥1, d≥5, и R¹ и R² представляют собой органический радикал,

ii. по меньшей мере один оксидный пигмент, который после добавления смеси, включающей 15 мл 1М щавелевой кислоты и 15 мл 20% водной хлористоводородной кислоты в пересчете на 1 г оксидного пигмента, при стандартных условиях приводит к повышению температуры по меньшей мере на 4°C, и

iii. по меньшей мере один растворитель,

наносят на подложку,

b. полученную в результате пленку из композиции для покрытия частично покрывают фоторезистом и

c. подложку, покрытую композицией для покрытия и фоторезистом, обрабатывают с помощью кислоты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пигмент представляет собой пигмент на основе смешанного оксида (полу)металла в более чем одной степени окисления и/или пигмент на основе по меньшей мере двух смешанных оксидов по меньшей мере двух (полу)металлов, каждый из которых находится в одной или более степенях окисления.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что пигмент представляет собой смешанный оксид железа и марганца.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что пигмент представляет собой медьсодержащий смешанный оксид железа и марганца.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что смешанный оксид железа и марганца получают с помощью прокаливания оксида марганца(II), оксида марганца(III), оксида железа(II), оксида железа(III) и оксида меди(II).

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что пигмент относится к группе пигментов, имеющих обозначение колор-индекса Pigment Black 26.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что доля оксидного пигмента в пересчете на общий вес композиции составляет 10-50% по весу.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один растворитель выбран из спирта, алкилового сложного эфира, алкоксиспирта и/или алкоксиалкилового сложного эфира.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяемая кислота представляет собой водный раствор щавелевой кислоты с концентрацией 0,3-2,5 моль/л, водный раствор хлористоводородной кислоты с концентрацией 3,0-12,0 моль/л или смеси, характеризующиеся объемным соотношением от 1:2 до 2:1 1 М водного раствора щавелевой кислоты и 6 М водного раствора HCl.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после обработки кислотой

a. фоторезист удаляют и

b. оставшееся покрытие отверждают.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после обработки кислотой

a. не содержащее пигмент покрытие удаляют частично или полностью,

b. фоторезист удаляют и

c. оставшееся покрытие отверждают.

12. Структурированное покрытие, полученное с помощью способа по п. 1.

13. Применение структурированного покрытия по п. 12 в электронных компонентах или в автомобилестроении.