KR20060065716A - 고 굴절률의 얇은 재료에 이용하기 위한 폴리이미드 - Google Patents

고 굴절률의 얇은 재료에 이용하기 위한 폴리이미드 Download PDF

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윌리엄 엘. 디멘나
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Abstract

고 굴절률 층에 이용하기 위한 신규한 조성물이 제공되어 진다. 조성물은 용매계에서 용해되고 확산된 폴리이미드를 포함한다. 폴리이미드는 상업적으로 유용한 디안하이드라이드와 디아민으로부터 제조되어 질 수 있다. 선호되는 폴리머는 작용기(Ⅰ)와 (Ⅱ)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재발성 모노머를 포함한다. 발명의 조성물은 강하고 얇은 필름으로 구성될 수 있으며, 고 굴절률을 가져 광학 분야의 넓은 범위에서 유용하게 쓰인다.

Description

고 굴절률의 얇은 재료에 이용하기 위한 폴리이미드{POLYIMIDES FOR USE AS HIGH REFRACTIVE INDEX, THIN FILM MATERIALS}
본 출원서는 참조에 의하여 구성된 출원 번호 60/504,656호로 2003년 9월 19일에 출원되고, POLYIMIDES FOR USE AS HIGH REFRACTIVE INDEX, THIN FILM MATERIAL의 명칭의 발명에 기초하여 우선권 주장을 한다.
본 발명은 고 굴절률 재료로 유용한 폴리이미드 조성물에 관하여 기술한다. 이러한 조성물은 알맞은 용매계에서 좋은 용해성(>10% w/w)을 가지며, 높은 분자량, 좋은 필름 강도 및 가시 영역 및 근 적외선 영역에서 높은 투명성을 가지며, 우수한 굴절률을 가진다.
고 굴절률 코팅은 수많은 옵트일렉트로닉 장치의 작동 성능을 증가시킨다. 예를 들어 발광다이오드(LEDs)의 효율은 장치와 밀봉제 사이의 고 굴절률 재료의 층을 도포함으로써 개선된다.
수많은 유기 폴리머 시스템은 높은 광학적 투명성과 처리의 용이함을 제공하지만 고 굴절률을 제공하지 않는다. 고 굴절률 유기 폴리머의 전형적인 용도는 안경 렌즈를 제조하는데 사용된다. 이러한 폴리머는 1.58 내지 1.71의 굴절률을 가진 메타크릴레이트와 1.58의 굴절률을 가진 비스페놀 A 폴리카보네이트로 구성되며, 몇몇의 신규한 아크릴산과 메타크릴레트 폴리머는 1.53 내지 1.63의 굴절률로 보고되며, 설폰 함유 폴리머는 1.61 내지 1.71의 굴절률로 보고된다.
고 굴절률 필름 재료를 생성하는 다른 접근 방법에 따라서, 무기 화합물을 폴리머 시스템으로 혼합하여 하이브리드 재료를 형성한다. 다양한 티타늄 디옥사이드(티타니아) 하이브리드 재료는 1.505 내지 1.867의 굴절률을 가지는 것으로 문헌상으로 보고되어 진다. 그러나 무기 성분은 티타니아 나노 입자를 알맞게 형성하기 위하여 고온(즉 300℃ 이상)을 이용하고, 웨이퍼의 첨가를 항상 필요로 하는 졸-겔법에 의하여 형성되어 진다. 그 외의 잠재적인 문제점은 상대적으로 두꺼운 필름을 형성하는 무능력과 광학 손실을 야기하는 마이크로상과 마이크로상 분리가 발생하는 것이다.
폴리이미드는 열적 안정성, 산화 안정성, 높은 기계적인 강도 및 높은 용매 저항과 같은 다수의 선호되는 특성을 가지기 때문에 마이크로일렉트로닉스에서 광범위하게 사용되어 진다. 그러나 이러한 특성은 일반적인 유기 용매에서의 극단적인 불 용해성뿐만 아니라 처리 및 제조에 있어서 문제점을 야기한다. 마이크로일렉 트로닉스 분야에서 폴리이미드의 이점으로 인하여 층간 절연막 재료로 사용되어 져 왔다. 상기 분야에 있어서, 용량 결합 및 누화로부터 신호 왜곡을 감소시킴에 따라 장치의 효율을 증가시키기 위하여 상대적으로 낮은 유전 상수가 선호되게 사용되어 진다. 유전 상수와 굴절률이 지수 함수적으로 관련되기 때문에(수식화된 맥스웰 방정식으로부터 대략적인 관계: ε~ 1.1n2 , ε=유전 상수, n은 굴절률), 유전 상수 값의 감소는 굴절률에서 약간의 감소를 야기한다. 폴리이미드 유전 상수는 세미아로마틱, 사슬모양 그리고 플루오르 처리된 디안하이드라이드와 디아민을 이용하는 것과 같은 다양한 합성법으로 감소되어진다.
스핀 코팅 또는 용액으로부터의 주조에 의하여 넓은 파장 범위에 있어서의 좋은 투명성, 수용성 용매에서의 좋은 용해성, 높은 분자량 및 5 미크론 두께 이상의 필름을 생성하는 능력을 가지는 고 굴절률 재료가 요구된다.
본 발명은 상기 조성물을 이용하는 방법과 신규의 고 굴절률 조성물에 관한 것이다.
보다 더 상세하게, 상기 조성물은 용매 시스템에서 용해되거나 확산된 폴리머를 포함한다. 폴리머는 다음의 그룹으로부터 선택된 기능기를 가지는 재발성 모노머를 포함한다:
Figure 112006016648421-PCT00001
및
Figure 112006016648421-PCT00002
(Ⅰ)과 (Ⅱ)에 있어서, 각각의 X는 분극성 원자(예를 들어, 산소 원자, 설폰 원자), -SO2- 및 다음으로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택되고:
Figure 112006016648421-PCT00003
(Ⅲ)에 있어서, 각각의 R 및 Z는 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬(바람직하게 C1-C12, 보다 바람직하게 C1-C6) 및 할로알킬(바람직하게 C1-C12 및 보다 바람직하게 C1-C6)로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택된다. 바람직한 할로알킬은 플루로알킬, 브로마알킬 및 크로로알킬로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것들을 포함한다.
(Ⅰ)과 (Ⅱ)에 있어서, 각각의 Y는 설포닐, 설포닐비스(4,4′-페닐렌옥시), 알킬포스피노(바람직하게 C1-C12 및 보다 바람직하게 C1-C6), 알릴포스피노, 이미데졸릴, 벤조일, 플루오레닐, 카바졸릴, 나프틸, 아릴포스포릴(바람직하게 C6-C18 및 보다 바람직하게 C6-C12), 알킬포스포릴(바람직하게 C1-C12 및 보다 바람직하게 C1-C6) 및 (Ⅲ)으로부터 선택된 그룹과 분극성 원자로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택된다. 가장 선호되는 분극성 원자는 산소, 황, 인 및 셀렌으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것들이다. 본 명세서에서 사용된 “분극성 원자”는 대략 400 내지 700 nm의 파장을 가지며, 방사선에 의하여 분극화되어 질 수 있는 원자를 말한다.
가장 선호되는 폴리머는 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재발성 모노머를 포함한다:
Figure 112006016648421-PCT00004
및
Figure 112006016648421-PCT00005
상기 폴리머의 중량 평균 분자량은 바람직하게 대략 30,000 내지 180,000 돌턴으로 구성되며, 보다 바람직하게 50,000 내지 100,000 돌턴으로 구성된다.
일반적으로 발명의 조성물은 1 내지 50%의 전체 고체 함량을 가지며, 알맞은 용매계에서 폴리머를 단순히 확산시키거나 용해시킴에 의하여 제조되어 질 수 있다. 용매계는 대략 65 내지 210℃의 끓는점을 가지며, 바람직하게 80 내지 150℃의 끓는점을 가진다. 용매계에서 용해된 폴리머의 양은 100 중량 %의 조성물의 전체 중량에 기초하여 대략 1 내지 40 중량 %를 가지며, 바람직하게 대략 5 내지 25 중량 %를 가진다.
용매계는 100 중량 %의 조성물의 전체 중량에 기초하여 대략 50 중량 %의 수준으로 이용되어야 하며, 바람직하게 대략 60 내지 99 중량 %, 보다 바람직하게 대략 75 내지 95 중량 %의 수준으로 이용되어져야 한다. 바람직한 용매계는 테트라히드로푸르푸릴 알콜, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸라세타미드, 씨클로펜탄온, γ-부틸로락톤, 디메틸설폭사이드, 씨클로헥사논, 테트라히드로푸란, 크로노포름, 디클로로메탄, 모노- 및 디크로로벤젠 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 용매를 포함한다.
발명의 조성물은 계면활성제(예를 들어 3M으로부터 이용되는 FC4430과 같은 플루오르 처리된 계면활성제), 접착 증가제(예를 들어, 실란, 글리시딜실란), 금속산화 나노입자(예를 들어 TiO2, ZrO2, Ta2O5) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 성분을 포함한다.
조성물을 이용하는 방법으로 층을 형성하기 위하여 종래의 출원에 따르는 방법(스핀 코팅)에 의하여 표면으로 일정량의 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 실례가 되는 기판은 유리, 석영, 실리콘, 사파이어, 갈륨 비소, 실리콘 카바이드 및 플라스틱 기판(예를 들어, 폴리카보네이트, PMMA)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 포함한다. 선택적으로, 그 외의 층(예를 들어 접착성 증가 층)은 기판으로 발명의 조성물을 도포하기에 앞서 기판으로 도포할 수 있다.
그 뒤 층은 2 내지 120 분 동안, 바람직하게 2 내지 10분 동안 60 내지 250℃, 바람직하게 80 내지 150℃의 온도에서 구워진다. 이러한 단계가 층으로부터 용매의 본질적인 제거(적어도 97%, 바람직하게 적어도 99%, 및 보가 바람직하게 100%)를 야기한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 구워진 층은 100 중량 %의 조성물의 전체 중량에 기초하여 1 중량 % 미만의 용매를 포함하고, 바람직하게 0.5 중량 % 미만의 용매, 심지어 0 중량 %의 용매를 포함한다. 동시에 매우 작은(1% 미만) 또는 가교 결합이 없는 폴리머가 형성되어, 기판상에서 폴리이미드 폴리머의 층을 야기한다. 상기 방법에 의하여 생성된 이러한 층은 구운 후 대략 1 내지 30 ㎛의 두께를 가지며, 다방면의 분야에서 두께를 증가시켜 사용되어 질 수 있다.
본 발명에 따르는 구워진 층은 고도로 선호되는 특성을 나타낸다. 예를 들어, 상기 층은 높은 굴절률과 광 투과율 값을 가진다. 대략 400 내지 700 nm의 파장에서, 5 ㎛ 두께의 층은 대략 1.60, 바람직하게 1.60 내지 1.95의 굴절률을 가질 것이다. 대략 700 내지 1700 nm의 파장에서, 굴절률은 대략 1.50, 바람직하게 1.50 내지 1.65로 형성된다. 400 내지 700 nm의 파장에서, 5 ㎛ 두께의 층은 적어도 65%의 투과율, 바람직하게 80%의 투과율, 보다 바람직하게 90%의 투과율을 가질 것이다. 구워진 층은 대략 1310 nm 및 1550 nm의 파장에서 상기 %의 굴절률을 가질 것이며, 이로 인하여 원격 통신 분야에서 유용하게 사용된다. 게다가 발명의 고 굴절률 층은 종래 기술에 따르는 층에 비교하여 종래의 용매에서 상대적으로 높은 용해성을 가진다. 즉 디메틸라세타미드, 씨클로펜탄온, γ-부틸로락톤 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 용매에 노출될 때 구워진 층은 바람직하게 적어도 15 중량 %로 구성되며, 적어도 10 중량 %로 구성된다.
또한 상기 구워진 층은 좋은 열 및 산화 안정성을 가진다. 열중량 분석기(TGA)를 적용할 때, 상기 층이 2분 동안 400%에서 가열된 후 대략 10% 미만, 바람직하게 대략 5% 미만의 중량 손실이 있을 것이다. 게다가 질소에서 TGA를 적용하고 공기 중에서 TGA를 적용할 때, 공기 중에서 퍼센트 중량 손실은 질소 내에서 퍼센트 중량 손실의 대략 5%내로 형성되고, 바람직하게 1%내로 형성된다.
구조물은 의도된 용도에 의존하는 부가적인 처리 단계로 가해질 수 있는 기판상의 구워진 층을 포함한다. 예를 들어, 그 외의 층은 고 굴절률 층의 상부에서 적용될 수 있다. 예를 들어, 보호층은 고 굴절률 층으로 적용될 수 있으며, 이로 인하여 구조물이 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 3개의 폴리미드 조성물(실시예 1 내지 3)의 다양한 파장에 대한 각각의 굴절률을 도시한 그래프.
도 2는 본 발명에 따라 3개의 폴리미드 조성물(실시예 1 내지 3)의 다양한 파장에 대한 각각의 투과율을 도시한 그래프.
일반적으로 폴리이미드는 대개 동일한 몰 농도의 양으로 디아민과 디안하이드라이드(dianhydride)의 반응에 의하여 생성되며, 이로 인하여 폴리(아믹산) 중간 생산물이 생성되고, 폴리이미드를 생성하기 위한 환화탈수 반응(화학적으로 또는 열적으로)이 일어난다. 폴리이미드는 촉매량의 이소퀴놀린의 존재 하에 엠-크레졸(m-cresol)에서 디안하이드라이드(바람직하게 방향족)와 디아민(바람직하게 파라 또는 메타 연결된 방향족)을 가열하는 단계를 수반하는 제 1 단계 과정을 통하여 직접 생성될 수 있다.
적합한 디아민은 4,4´-옥시디아닐린, 4,4´-디아미노디페닐설폰, 3,3´-디아미노디페닐설폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]-설폰, 2,2-비스[4-(3-아미노페녹시)페닐]-설폰 및 9,9-비스(4-아미노페닐)플루오르를 포함한다. 인 또는 황과 같은 거대 분극성 원자 또는 설포닐, 포스포레닐 또는 카바졸릴과 같은 기능기를 포함하는 그 외의 디아민은 또한 모노머로서 이용되어 질 수 있다. 디안하이드라이드는 골격(예를 들어 4,4´-비스페놀 A 디안하이드라이드)내에서 아릴에테르 하부구조(arylether substructure)를 가진다.
폴리이미드는 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸라세타미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 시클로펜탄온, 시클로헥사온, 디그라임(diglyme), N-메틸피로리돈(NMP) 또는 알맞은 이의 혼합물과 같은 용매에서 폴리(아믹산)를 먼저 생성시킴에 의하여 우선적으로 합성된다. 발생되어지는 물을 증류시키기 위하여 톨루엔 또는 o-디크로로벤젠과 같은 공비화 용매를 사용하여 용액 내에서 열적 이미드화가 실시되어진다. 용액 중합 및 이미드화는 200℃로 가열되고, 이소퀴놀린의 촉매양과 엠-크레졸을 이용하는 단계를 포함하는 1단계 방법으로 실시되어 질 수 있다. 그 뒤 폴리이미드는 침전에 의하여 메탄올과 같은 알맞은 비-용매제로 정제되어 생성되며, 그 뒤 잔여 용매를 제거하기 위하여 진공 건조기 내에서 건조된다. 대안으로, 피리딘 또는 트라이에틸아민과 같은 삼차 아민의 초과양의 사용과 같은 용액 화학적 이미드화와 아세트산의 무수물은 폴리(아믹산) 용액으로부터 폴리이미드를 만들기 위하여 사용되어 질 수 있다. 폴리(에스터-산) 중간생성물(Arck Micro로부터 Durimide 제품 정보)을 이용하는 것과 같은 폴리이미드 합성의 다른 방법도 역시 이러한 고 굴절률 폴리머의 제조가 적용되어 질 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 발명에 따르는 선호되는 방법에 기초한다. 그러나 이러한 실시예는 본 발명의 범위 내에서 제한됨이 없이 도면에 의하여 제공되어 진다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실시예 1
고 굴절률 폴리(에테르이미드설폰) 조성물
이러한 방법에 있어서, 비스[4-(4-아미노페녹시)페녹시]설폰(BAPS, ChrisKev로부터 형성됨)의 20.77g(0.04803 몰)를 온도 프로브, 질소 배출구가 부착된 콘덴서, 기계적인 교반기 및 질소 유입구와 부가적인 깔때기가 설치된 500mL의 4-목형 플라스크로 채운다. 질소 가스를 시스템을 통과시키며, 시스템은 합성을 지속하기 위하여 질소 하에 유지되어 진다. BAPS는 교반과 디메틸아세타미드(DMAc, Aldrich 로부터 형성됨)의 102.53g을 첨가시킴에 의하여 용해되어 진다. 분리된 플라스크에서, 비스페놀 A 디안하이드리드(BPADA, ChrisKev로부터 형성됨)의 25.00g(0.04803 몰)은 교반과 120.13g의 DMAc를 첨가시킴에 의하여 용해되어 진다. BPADA 용액은 추가적인 깔때기로 옮겨져 천천히 교반 BAPS 용액으로 첨가된다. 첨가가 완결된 이후, 38.12g 이상의 DMAc는 전체 고체 레벨(total solid level)을 14.93%에 이르게 하기 위하여 첨가되어 진다. 결과 용액은 24시간 동안 실온에서 교반한다.
그 후, 톨루엔 50 mL(Aldrich로부터 형성됨)를 점성을 가진 밝은 황색의 용액으로 첨가하고, 딘-스탁 튜브를 플라스크에 부착시킨다. 용액 온도는 서서히 160℃로 상승시켜 24시간 동안 유지시킨다. 결과 용액은 실온으로 냉각하고, 메탄올(Spectrum으로부터 얻음) 600 mL를 교반하고 침전시켜 흰색의 끈적거리는 침전물이 생성한다. 침전물은 부가된 메탄올 100 mL로 세척되어 지며, 80℃의 진공 건조기에서 24시간 동안 건조되어 진다.
생성된 폴리이미드는 76,300 돌턴 몰 중량을 가진다. 상기 물질의 7.42-미크론 필름은 400nm 내지 700nm의 86% 내지 100%의 투과율을 가진다. 굴절률은 가시 영역에서 1.64 내지 1.74의 범위를 가진다.
실시예 2
고 굴절률 폴리(에테르이미드) 조성물
실시예에 있어서, 16.74g(0.04803 몰)의 9,9-디페닐라미노플루렌(FDA, Aldrich로부터 형성됨)을 온도 프로브, 질소 배출구가 부착된 콘덴서, 기계적인 교반기 및 질소 유입구와 부가적인 깔때기가 설치된 500mL의 4-목형 플라스크로 채운다. 질소 가스는 시스템을 통과하며, 시스템은 합성을 지속하기 위하여 질소 하에 유지시킨다. FDA는 교반(stirring)과 N-메틸피롤리돈(NMP, Aldrich로부터 형성됨)의 112.28g을 첨가시킴에 따라 용해되어 진다. 분리된 플라스크에서, BPADA의 25.00g(0.048703 몰)은 교반 작용과 125.19g NMP의 첨가에 의하여 용해되어 진다. BPADA 용액은 추가적인 깔때기로 이동되어 지며 서서히 교반 FDA 용액으로 첨가되어 진다. 결과 용액은 톨루엔 70mL가 점성의 밝은 황색 용액으로 첨가되어 진 후 24시간 동안 실온에서 교반되어지며, 딘-스탁 튜브가 플라스크에 부착되어 진다. 용액의 온도는 170℃로 서서히 상승시켜 24시간 동안 유지시킨다. 결과 용액은 실온으로 냉각하여, 메탄올 600mL를 교반하고 침전시켜 흰색의 침전물을 생성한다. 침전물을 추가적인 메탄올 100mL로 세척하여 80℃의 진공 건조기에서 24시간 동안 건조시킨다.
생성된 폴리이미드는 69,500 돌턴의 몰 질량을 가진다. 분석표는 가시 영역에서 1.68 내지 1.78까지 범위의 굴절률을 도시한다.
실시예 3
혼합된 디아민 폴리(에테르이미드 설폰)
이러한 방법은 자석식 교반 막대, 질소 버블러를 가지는 콘덴서 및 부가적인 깔때기가 장착된 2-목형 250-mL 플라스크에서 NMP 45g으로 2.63g(0.0131 몰)의 4,4´옥시디아닐린(4,4´, ChrisKev로부터 형성됨)을 용해시킴에 의하여 실시되어 진다. 그 후, 5.69g(0.0132 몰)의 BAPS는 상기 용액으로 첨가되어 지고, 결과 혼합물은 교반에 의하여 용해되어 진다. 상기 방법은 13.70g BPADA를 75.54g NMP로 용해시킴에 의하여 유지되어 지고, 이러한 용액은 질소 하에 교반된 디아민 용액으로 첨가되어진다. 교반은 24시간 동안 지속된다. 딘-스탁 트랩을 플라스크에 부착시키고, 톨루엔 25mL을 용액으로 첨가시킨다. 온도는 서서히 170℃로 이르며, 2시간 후 톨루엔 25mL가 첨가되어 진다. 온도는 24시간 동안 170℃로 유지되며, 그 뒤 플라스크는 실온으로 냉각되어 진다. 용액은 교반된 메탄올(Spectrum)의 500mL에서 침전되어지며, 하루 동안 50℃로 진공 건조기에서 건조되어 진다.
실시예 4
스핀 코팅 이용 방법(spin coating application method)
실시예 1에서 제조된 폴리이미드(BPADA/BAPS)는 씨클로펜타논에서 용해되어 16%(w/w)용액으로 생성된다. 용액은 0.45-미크론 필터를 통하여 여과되고 용기로 저장된다. 4-인치 실리콘 웨이퍼는 9:1인 프로필렌 글리콜 메틸 에테르/물(w/w)에서 0.5%(w/w)의 N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]-에틸렌디아민(Gelest로부터 형성) 용액으로 처리되어 지며, 60초 동안 2000 rpm으로 스핀-코팅(spin-coated)되고, 60 초 동안 112℃의 핫플레이트에서 구워진다. 대략 2mL의 BPADA/BAPS 용액을 일회용 피펫을 이용해서 취하여 예비 처리된 실리콘 웨이퍼로 적용한다. 용액을 10초 동안 1000 rpm(램프 레이트:500 rpm/s)으로 웨이퍼 상에서 회전시킨다. 10초 동안 유지하고, 80초 동안 1000 rpm(램프 레이트:1000 rpm/s)으로 회전시킨다. 상기 웨이퍼를 90초 동안 100℃에서 구운 다음 90초 동안 205℃에서 굽는다. KLA Tencor profilometer에 의하여 측정된 결과물은 8.168 미크론 두께의 코팅을 가진다.
실시예 5
굴절률 결정
실시예 1 내지 3의 폴리이미드 코팅은 기술된 실시예 4와 유사한 과정에 의하여 실리콘 웨이퍼 상에서 스핀-코팅되어 진다. 스핀 속도는 1 미크론 미만의 두께를 형성하도록 조절된다. 굴절률 값은 633 nm의 파장에서 다양한 각의 분광타원해석기(J.A Woollam)를 이용하여 얻어진다.(도 1에 도시)
실시예 6
자외선/가시광선/근 적외선(UV-vis-NIR) 투과 스펙트럼
실시예 1 내지 3의 폴리이미드 코팅이 기술된 실시예 4와 유사한 과정으로 6-인치 수정 디스크 상에 스핀-코팅을 한다. 스핀 속도를 5 미크론 또는 그 이상의 두께로 만들기 위하여 조절한다. 투과 스펙트라를 산란 또는 반사 손실 없이 UV-비스-NIR 분광광도계를 이용하여 얻는다.(도 2에 도시)
실시예 7
고 굴절률 폴리(에테르이미드설폰) 조성물
비스[4-(3-아미노페녹시)페녹시]설폰(15.99g(0.03468 몰); m-BAPS; ChrisKev로부터 형성됨)를 온도 프로브, 질소 배출구가 부착된 콘덴서, 자석식 교반 막대 및 질소 유입구와 부가적인 깔때기가 설치된 250mL의 3-목형 플라스크로 채운다. 질소를 시스템을 통과시키며, 시스템은 합성을 지속하기 위하여 질소 하에 유지시킨다. BAPS를 교반과 DMAc의 93.50g을 첨가시킴에 의하여 용해시킨다. 분리된 비커에서, BPADA의 18.05g(0.03468 몰)를 교반과 93.50g DMAc를 첨가시킴에 의하여 용해시키고, 동시에 파라필름을 빈틈없이 덮는다.
BPADA 용액을 부가적인 깔때기로 옮겨서 10분 동안 교반하는 m-BAPS로 서서히 첨가시킨다. 결과 용액을 24시간 동안 실온에서 교반시킨다. 딘-스탁 튜브를 플라스크에 부착시키고, 용액의 온도를 80℃로 서서히 상승시킨다. 그 다음, 톨루엔 50 mL를 점성을 가진 밝은 황색 용액으로 첨가한다. 용액의 온도를 160℃로 서서히 상승시켜 35시간 동안 유지한다. 결과 용액을 실온으로 냉각시키며, 교반하는 메탄올 600 mL로 침전시켜 백색의 펠릿과 같은 고체를 생성한다. 고체를 부가적인 메탄올 100 mL로 세척하고, 50℃의 진공 건조기에서 16시간 동안 건조하여 황색의 고체를 생성한다.
생성된 폴리(에테르이미드설폰)를 충분한 씨클로펜탄온에서 용해시켜 20 중량 %의 고용체을 생성시킨다. 상기 물질의 8.15-미크론 필름은 400 내지 700 nm의 영역에서 91.8 내지 100%의 투과율을 가진다. 1.67 내지 1.77 범위의 굴절률은 가시 영역으로 구성된다.
발명의 고 굴절률 층은 고 굴절률이 중요하게 작용하는 수많은 영역에서 이용될 수 있다. 실례로 가상 디스플레이, 발광 다이오드 장치, 광학 저장 커버 층 및 회절격자를 이용하는 장치를 포함하는 영역으로 구성된다.

Claims (43)

  1. 조성물은 용매계에서 확산된 폴리머를 포함하고, 상기 폴리머는 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 구조식을 가지는 재발성 모노머를 포함하는 것을 특징으로 하는 옵트일렉트로닉 장치의 제작에 유용한 조성물:
    Figure 112006016648421-PCT00006
    및
    Figure 112006016648421-PCT00007
    여기서:
    각각의 X는 분극성 원자, -SO2- 및 다음으로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택되고:
    Figure 112006016648421-PCT00008
    각각의 R 및 Z는 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬 및 할로알킬로 구성되 는 그룹으로부터 각각 선택되고, 및
    각각의 Y는 설포닐, 설포닐비스(4,4′-페닐렌옥시), 알킬포스피노, 알릴포스피노, 이미데졸릴, 벤조일, 플루오레닐, 카바졸릴, 나프틸, 아릴포스포릴, 알킬포스포릴 및 다음으로부터 선택된 그룹과 분극성 원자로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택되고: 및
    Figure 112006016648421-PCT00009
    각각의 R 및 Z는 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬 및 할로알킬로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택됨.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용매계는 100 중량 %로 조성물의 전체 중량에 기초하여 50% 이상의 수준으로 상기 조성물 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 용매계는 테트라히드로푸르푸릴 알콜, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸라세타미드, 씨클로펜탄온, γ-부틸로락톤, 디메틸설폭사이드, 씨클로헥사논, 테트라히드로푸란, 크로노포름, 디클로로메탄, 모노- 및 디크로로벤젠 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머는 다음의 그룹으로부터 선택된 구조식을 가지는 재발성 모노머(recurring monomer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물:
    Figure 112006016648421-PCT00010
    및
    Figure 112006016648421-PCT00011
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머는 대략 30,000 내지 180,000 돌턴의 중량 평균 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 계면활성제, 접착 증가제, 금속산화 나노 입자 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 성분을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 100 중량 %로 조성물의 전체 중량에 기초하여 대략 1 내지 40 중량 %의 상기 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 옵트일렉트로닉 분야에 사용하기 위한 선구 구조물(precursor structure)을 생성하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    -표면을 가진 기판을 제공하는 단계 및
    -상기 기판의 표면에 고 굴절률 층을 도포시키는 단계를 포함하며, 조성물로부터 생성된 상기 고 굴절률 층은 용매계에서 용해된 폴리머를 포함하고, 상기 폴리머는 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 구조식을 가지는 모노머를 재발생시키고:
    Figure 112006016648421-PCT00012
    및
    Figure 112006016648421-PCT00013
    여기서:
    각각의 X는 분극성 원자, -SO2- 및 다음으로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택되고:
    Figure 112006016648421-PCT00014
    각각의 R 및 Z는 수소 원자, 할로겐 원자 및 할로알킬로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택되고; 및
    각각의 Y는 설포닐, 설포닐비스(4,4′-페닐렌옥시), 알킬포스피노, 알릴포스피노, 벤조일, 이미데졸릴, 플루오레닐, 카바졸릴, 나프틸, 아릴포스포릴, 알킬포스포릴 및 다음으로부터 선택된 그룹과 분극성 원자로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택되고:
    Figure 112006016648421-PCT00015
    각각의 R 및 Z는 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬 및 할로알킬로부터 각각 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 용매계는 100 중량 %로 조성물의 전체 중량에 기초하여 50% 이상의 수준으로 상기 조성물 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 용매계는 테트라히드로푸르푸릴 알콜, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸라세타미드, 씨클로펜탄온, γ-부틸로락톤, 디메틸설폭사이드, 씨클로헥사논, 테트라히드로푸란, 크로노포름, 디클로로메탄, 모노- 및 디크로로벤젠 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 솔벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 폴리머는 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 구조식을 가지는 재발성 모노머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Figure 112006016648421-PCT00016
    및
    Figure 112006016648421-PCT00017
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 폴리머는 대략 30,000 내지 180,000 돌턴의 중량 평균 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 조성물은 계면활성제, 접착 증가제 및 금속산화 나노입자로 구성되는 그룹으로부터 선택된 성분을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 조성물은 100 중량 %로 조성물의 전체 중량에 기초 하여 상기 폴리머의 대략 1 내지 40 중량 %로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 8 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층을 도포(applying)하는 단계에 앞서 상기 기판 표면으로 증간 층을 도포하는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 중간층은 접착 증가 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 8 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층상으로 보호층을 도포하는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 8 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층을 굽는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 굽는 단계는 대략 2 내지 120분 동안 대략 60 내지 250 ℃의 온도를 상기 고 굴절률 층으로 가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 굽는 단계는 가교 결합이 없는(noncrosslinked) 고 굴절률 층을 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 구워진 고 굴절률 층은 대략 1 내지 30㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 구워진 고 굴절률 층은 대략 5㎛의 두께와 대략 700 내지 1700 nm의 파장에서 대략 1.50 이상의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 구워진 고 굴절률 층은 대략 5㎛의 두께와 대략 400 내지 700 nm의 파장에서 대략 65% 이상의 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 18 항에 있어서, 상기 구워진 고 굴절률 층은 씨클로헥산온, 씨클로펜탄온, 디메틸라세타미드, γ-부틸로락톤 및 그의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 용매에서 10 중량 % 이상으로 녹는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 18 항에 있어서, 상기 구워진 고 굴절률 층은 대략 2분 동안 대략 400℃에서 가열될 때 대략 10 중량 % 미만의 중량 손실이 나타나는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 18 항에 있어서, 상기 구워진 고 굴절률 층은 공기 중에서 가열될 때 및 질소 분위기에서 가열될 때 퍼센트 중량 손실을 가지며, 공기 중에서의 퍼센트 중량 손실은 질소에서의 퍼센트 중량 손실의 대략 5% 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 8 항에 있어서, 상기 기판은 유리, 석영, 실리콘, 갈륨 비소, 실리콘 카 바이드 및 플라스틱 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 8 항에 있어서, 상기 도포 단계는 상기 기판의 표면상으로 상기 고 굴절률 층을 스핀 코팅하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 표면을 가진 기판 및 상기 표면에 근접한 고 굴절률 층의 조합물에 있어서, 상기 층은 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 작용기를 가진 폴리머를 포함하고:
    Figure 112006016648421-PCT00018
    및
    Figure 112006016648421-PCT00019
    여기서:
    각각의 X는 분극성 원자, -SO2- 및 다음으로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택되고:
    Figure 112006016648421-PCT00020
    각각의 R 및 Z는 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬 및 할로알킬로 구성된 그룹으로부터 각각 선택되며; 및
    각각의 Y는 설포닐, 설포닐비스(4,4′-페닐렌옥시), 알킬포스피노, 알릴포스피노, 벤조일, 이미데졸릴, 플루오레닐, 카바졸릴, 나프틸, 아릴포스포릴, 알킬포스포릴 및 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택된 그룹과 분극성 원자로 구성된 그룹으로부터 각각 선택되고:
    Figure 112006016648421-PCT00021
    각각의 R 및 Z는 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬 및 할로알킬로 구성된 그룹으로부터 각각 선택되는 것을 특징으로 하는 조합물.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 폴리머는
    Figure 112006016648421-PCT00022
    및
    Figure 112006016648421-PCT00023
    으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 작용기를 가지는 재발성 모노머를 포함하는 것을 특징으로 하는 조합물.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 폴리머는 대략 30,000 내지 180,000 돌턴의 평균 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 조합물.
  32. 제 29 항에 있어서, 상기 층은 계면활성제, 접착 증가제 및 금속산화 나노입자로 구성되는 그룹으로부터 선택된 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 조합물.
  33. 제 29 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층과 기판의 표면 사이의 중간층을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 조합물.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 중간층은 접착 강화 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 조합물.
  35. 제 29 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층은 가교 결합이 없는 것을 특징으로 하는 조합물.
  36. 제 29 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층은 1 내지 30㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 조합물.
  37. 제 29 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층은 대략 5㎛의 두께와 대략 700 내지 1700 nm의 파장에서 대략 1.50 이상의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 조합 물.
  38. 제 29 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층은 대략 5㎛의 두께와 대략 400 내지 700 nm의 파장에서 65% 이상의 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 조합물.
  39. 제 29 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층은 씨클로헥산온, 씨클로펜탄온, 디메틸라세타미드, γ-부틸로락톤 및 그의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 용매에서 10 중량 % 이상으로 녹는 것을 특징으로 하는 조합물.
  40. 제 29 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층은 대략 2분 동안 대략 400℃에서 가열될 때 대략 10 중량 % 미만의 중량 손실이 나타나는 것을 특징으로 하는 조합물.
  41. 제 29 항에 있어서, 상기 고 굴절률 층은 공기 중에서 가열될 때 퍼센트 중량 손실과 질소 분위기에서 가열될 때 퍼센트 중량 손실을 가지며, 공기 중에서의 퍼센트 중량 손실은 질소에서의 퍼센트 중량 손실의 대략 5% 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 조합물.
  42. 제 29 항에 있어서, 상기 기판은 유리, 석영, 실리콘, 사파이어, 갈륨 비소, 실리콘 카바이드 및 플라스틱 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조합물.
  43. 제 29 항에 있어서, 상기 층은 대략 1 중량 % 미만의 용매로 구성되는 것을 특징으로 하는 조합물.
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