LCD液晶光刻膠又稱感光膠,一般由感光劑(光致抗蝕劑)、增感劑和溶劑組成。感光劑是一種特別敏感的高分子化合物,當它受到適當波長光照射時,能吸收一定的波長的光能量,使之發生交聯、聚合或分解等光化學反應,使光刻膠改變其性能。
1.1 光化學與感光材料
(1)光對感光性物質的作用
當光作用于感光性材料時,反應的分子吸收了光能量而引起的化學反應有氧化,還原分解、加成、聚合、二聚化等。但是,光的能量是視其波長而有所不同,所以光的照射并不一定都能使分子產生這些反應。其理由是,波長短的紫外光的光能量大于波長長的可見光線,由此可見,要使其產生化學反應,短波長的光是有利的。光致抗蝕劑所用的感光材料,除了特殊的例子之外,只對紫外光產生化學感光作用。因此,曬版用的光源以采用可射出足量紫外光的炭精燈、水銀燈、熒光燈、氙氣燈等為宜。
(2)光和分子
研究由于感光而產生的感光材料的變化作用,就必須弄清楚當原子和分子遇光時,因吸收其能量所引起的狀態變化。分子具有三種能量,即轉動能、振動能、電子能。分子一旦吸收了光的能量,振動能轉動能雖然增大,但以電子激發能量的增大為最大。這是因為電子是從基態的低能級的軌道躍遷至高能級的軌道,所以電子所獲得的能量足以使原子或分子的鍵斷裂,從而可以理解因吸收了光子而產生分角反應原情形。由于電子躍遷,使得分子的能量狀態從基態轉變為激發狀態,進而又轉變為基態。原子與分子都因吸收了光而產生電子躍遷的,但這里僅就分子的情形來考慮。現在假設成為感光劑的化合物分子,吸收了從紫外光到要見光范圍里的某一波長范圍的光,便引起電子躍遷而受到激發。這時,由于分子結構(電子對配位結合)的不同而對不同波長光的吸收是有選擇性的。因此,根據測定紫外光和可見光的吸收光譜,便可以估量該化合物的分子結構,以及借助光吸收而產生的分子結構的變化。
(3)光解作用
化合物分子吸收了光能量分解時,分解生成物有時是穩定的化合物,有時是不穩定的化合物,還有時是離子或游離基的情形。在利用化合物感光劑的場合,光解作用是非常重要的。這是因為由光解作用而產生的游離基,能繼續引起交聯反應和聚合反應,從而使分子變成巨大的或形成網狀結構,呈現了供作感光材料所需的特性。
(4)光交聯
由于光能導致分子分解,或者鍵的一部分發生開鍵時,生成的游離基等活化分子互相鍵合,或者將其他的分子變成游離基后,使之產生鍵合反應的例子不少。如果其鍵合為高分子的架橋情形,稱之為光交聯反應。在感光性樹脂方面,借助光的作用制作制蝕圖像時,雖然利用光解反應和光聚反應,但光交聯反應物別有效。其理由是,因交聯而導致高分子鏈變成網狀結構,它對溶有劑的溶解度變化是明顯的,例如,即使光能量不足和交聯率不高,依然可獲得優質的圖像。
(5)光聚作用
早就知道光活化單體遇光便聚合,雖已研究利用光聚作用作為形成圖像的手段,全因得不到好的像質,所以在使用方面沒有成功。最近用單體和預聚合物(有某種聚合程度的聚合物)進行光聚,雖然成功地制成了光致抗蝕劑和感光凸像的有實用價值的圖像,但這些都不是純粹的光聚作用,而是同時使其進行光交聯,希望以此來改善圖像質量。
(6)光敏作用
使感光性物質由于光能量的作用而發生的變化,比該物質分子原先的情況具有更為敏感的作用,稱為光敏作用。它分為化學光敏作用和光學光敏作用。化學光敏作用是指在感光性物質原有的感光波長范圍內不發生變化,只是感光度有了提高而已;光學光敏作用是指在其原有的感光波長范圍以外,感光度延伸到了新的波長。
許多材料都可以用作照相復制的基本材料,只是靈敏度不同而已。然而,大多數材料的靈敏度都不高,包括目前已大量應用的復制影像材料在內。例如,某些工作所需的印制品或藍圖,是用曬藍圖的方法或用重氮法生產出來的。曬藍圖法是利用鐵鹽曝光后氧化狀態的變化,重氮法測利用重氮鹽受光以后的分解。在這兩種方法中,一個光量子絕不會影響化合物一個以上的分子,而且單一種光量子往往是不夠的,因此,只有使用強光的時候,這些材料才能滿意地工作。在近代的電子工業中,在照相成像方面使用了許多種靈敏度低的材料。在所有工藝中,人們熟知的利用銀鹵化合物作乳劑的照相工藝靈敏度最高。銀鹵化合物乳劑是由銀鹵化物晶粒構成的,這些晶粒散布在光刻膠層當中,在光的作用下釋出的少量銀原子構成一個核心,在顯影時其他的銀原子就在其周圍聚集,直至達到109倍的數量。銀鹵化物的基本的光化學反應過程,是電子由鹵化物離子轉換成銀離子:
Ag++Br—hv Ag0+Br0
由于吸收了一個光量子,電子便從鹵化物離子中釋出,在晶體中徘徊,直到最后在某一位置上被陷。在此位置中,它可能和銀離子結合,形成銀原子。為另一光量子釋出的另一電子,也可能在這同一位置陷入,形成另一銀原子。正是這些銀群的形成才使顯影劑能對晶體施加作用,使更多的銀離子還原,構成不透明地區包含的一個銀微粒,這個不透明地區就是所謂的影像。
|