KR100738091B1 - 컬러필터용 고분자 수지 바인더, 안료 분산액, 및 잉크젯잉크 - Google Patents

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Abstract

컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더가 개시된다. 개시된 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더는 안료와 친화성을 갖는 모노머, 높은 기계적 강도를 갖는 모노머, 또는 용매와 친화성을 갖는 모노머를 포함하는 복수종의 기능성 모노머를 중합하여 제조되고, 하기 화학식 1의 아민계 유기물질을 함유한다.
따라서, 개시된 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더는 분산성과 분산 안정성, 및 토출성과 토출 안정성을 향상시킬 수 있다.
컬러필터, 아민계 유기물질, 고분자 수지 바인더, 안료 분산액, 잉크젯 잉크

Description

컬러필터용 고분자 수지 바인더, 안료 분산액, 및 잉크젯 잉크{Polymer resin binder, pigment dispersions, and ink-jet ink for color filter}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 고분자 수지 바인더의 기본 구조이다.
도 2a는 아민계 유기물질을 함유하지 않는 종래의 컬러필터용 잉크젯 잉크의 응집 정도를 보여주는 사진이다.
도 2b는 아민계 유기물질을 함유하는 본 발명의 한 실시예에 따른 컬러필터용 잉크젯 잉크의 응집 정도를 보여주는 사진이다.
본 발명은 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분산성과 분산 안정성, 및 토출성과 토출 안정성을 향상시킬 수 있는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더에 관한 것이다.
잉크젯 잉크는 액정표시장치의 주요 부품 중 하나인 컬러필터 제조에 있어서 핵심적인 구성요소이다. 즉, 잉크젯 잉크는 액정표시장치의 화상 구현을 위한 필수 구성요소로서, 적색, 청색, 녹색의 세가지 색상의 잉크젯 잉크가 잉크젯 헤드에 의해 컬러필터에 토출되어 코팅된 후 열경화된다. 따라서, 잉크젯 잉크는 컬러필터에 착색층인 잉크막을 형성하게 된다.
컬러필터의 기본적 구조와 작동원리를 간략하게 설명하면 다음과 같다.
즉, 백라이트 유닛에서 발생된 빛은 편광판, 액정을 통과하면서 적절히 조절되고 마지막으로 컬러필터를 통과하면서 삼색 조합되어 화상을 구현하게 된다. 따라서, 육안으로 보는 최종 화상의 품질은 컬러필터의 품질에 의해 좌우되며, 컬러필터의 품질은 잉크젯 잉크에 포함된 안료와 각종 첨가제의 품질과 종류에 의해 좌우된다.
컬러필터에 착색층을 형성하는 방법에는 상기와 같이 잉크젯 잉크를 사용하는 방법 외에 감광성 수지를 사용하는 방법 등이 있다.
잉크젯 잉크를 사용하는 방법은 감광성 수지를 사용하는 방법에 비해 다음과 같은 잇점들이 있다. 즉, 각 색상 별로 행해지는 코팅, 노광, 현상의 공정이 필요 없고, 적, 녹, 청의 세가지 색상을 동시에 코팅한 후 경화시킴으로써 공정을 단축시킬 수 있으며, 재료의 낭비와 폐액 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 최근에는 컬러필터의 착색층으로 사용되는 감광성 수지를 대체하기 위하여 잉크젯 잉크에 많은 연구가 이루어지고 있다.
컬러필터용 잉크젯 잉크는 안료 분산액, 고분자 수지 바인더, 기능성 모노머, 열개시제, 계면활성제, 기타 첨가제, 및 적절한 용매를 포함한다.
안료 분산액은 잉크젯 잉크의 핵심적 요소로서, 이는 적, 녹, 청의 세가지 색상의 안료가 용매하에서 초미립자로 분산됨으로써 제조된다. 따라서, 콜로이드 상태의 초미립자는 그 분산성이 우수하여야 할 뿐만 아니라 어떠한 물리적, 화학적 인 악조건하에서도 그 분산 안정성이 변하지 않아야 한다.
구체적으로, 안료 분산액은 소정의 안료에 용매, 분산제, 및 기타 첨가제를 적절한 비율로 혼합한 후, 이 혼합액을 분쇄기내에서 분쇄함으로써 제조된다. 또한, 잉크젯 잉크는 상기 안료 분산액에 고분자 수지 바인더, 다기능 모노머, 개시제, 및 기타 첨가제 등을 혼합함으로써 제조된다.
상기와 같은 안료 분산액의 제조에 있어서, 안정된 분산계를 유지하기 위해서는 고분자형 계면 활성제의 일종인 분산제의 역할이 필수적이다. 또한, 최근 액정표시장치 분야의 빠른 기술 발달로 인해, 고투과도, 고색도, 고휘도, 고대비(high contrast) 액정표시장치가 출시되고 있으며, 이에 따라 안료 분산액과 고분자 수지 바인더 역시 적절히 변화될 필요가 있다.
즉, 종래의 고투과도용 컬러필터의 경우에는, 안료의 농도가 높지 않아도 되므로 안료의 사용량 대비 다량의 분산제를 사용할 수 있었다. 또한 이 경우, 분산제의 농도가 높으므로 높은 분산성 및 분산 안정성을 유지할 수 있었다. 그러나, 최근에는 액정표시장치의 발전으로 고색도 구현이 요구되고 있으며, 이러한 고색도 구현을 위해서는 다량의 안료가 컬러필터에 적층되어야 하며, 분산제의 사용량은 상대적으로 감소되어야 한다. 이와 같이 소량의 분산제를 사용하게 되면 초미립자 형태의 안료 입자의 분산성과 분산 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 분산제에 상업화된 고분자 수지 바인더를 혼합하여 안료 분산액을 제조하는 추세에 있다. 이에 따라, 고분자 수지 바인더는 안료 분산액과 잉크젯 잉크 제조시 모두 사용되어, 안료의 분산성과 분산 안정성을 향상시키는 중요한 역할을 수행하게 되었다.
그러나, 기존의 상업화된 고분자 수지 바인더로는 안료의 분산성과 분산 안전성을 만족할 만한 수준으로 향상시키지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 액정표시장치의 컬러필터용 잉크젯 잉크 제조시 안료의 분산성 및 분산 안정성을 향상시킬 수 있는 고분자 수지 바인더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 액정표시장치의 컬러필터용 잉크젯 잉크를 제조하는데 사용되어 잉크젯 헤드로부터의 잉크 토출성 및 토출 안정성을 향상시킬 수 있는 고분자 수지 바인더를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면,
복수종의 기능성 모노머를 중합하여 제조되는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더에 있어서,
하기 화학식 1의 아민계 유기물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더;
[화학식 1]
[-NHxRy]
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 탄소수 1 내지 10의 알콕시 기; 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 탄소수 6 내지 10의 아릴옥시기; 탄소수 2 내지 20의 알케닐기; 탄소수 7 내지 40의 알킬아릴기; 탄소수 7 내지 40의 아릴알킬기; 탄소수 8 내지 40의 아릴알케닐기; 탄소수 2 내지 10의 알키닐기;이고, x는 0 내지 2이며, y는 1 내지 3이고, x+y=3이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 기능성 모노머는 (a) 스티렌 또는 벤질 메타아크릴레이트, 및 (b) 메타아크릴산, 아크릴산 또는 아크릴아미드를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 아민계 유기물질은 아닐린, N-알킬아닐린, 2-에틸헥실아민, 트리에틸아민, 펜틸아민, n-헥실아민, p-아미노벤조산, 피롤리딘, 피리미딘, 모폴린, 피리딘, 피페라진, 및 퀴놀린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 아민계 유기물질의 함량은 (a) 및 (b) 전체의 100중량%에 대하여 0.1 내지 30중량%이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (a) 및 (b)의 상대적인 함량은 몰비를 기준으로 (a)의 함량이 0.3 내지 5일 경우, (b)의 함량은 0.3 내지 5이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기능성 고분자는 (c) 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 2-하이드록시에틸기를 갖는 메타아크릴레이트를 더 포함한다.
여기서, 상기 아민계 유기물질의 함량은 (a) 내지 (c) 전체의 100중량%에 대하여 0.1 내지 30중량%이다.
또한 여기서, 상기 (a), (b), 및 (c)의 상대적인 함량은 몰비를 기준으로 (a)의 함량이 0.3 내지 3.0일 경우, (b)의 함량은 0.2 내지 2.5이고, (c)의 함량은 0.3 내지 3.0이다.
또한 본 발명에 따르면,
상기한 본 발명의 다른 실시예들의 고분자 수지 바인더 또는 이들을 2 이상 혼합한 바인더 혼합물에 안료, 분산제, 및 계면 활성제를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 계면 활성제는 불소계 계면 활성제이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 안료는 적색 254번, 적색 177번, 청색 15:6번, 녹색 36번, 황색 150번, 황색 139번, 황색 138번, 및 바이올렛 23번 안료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 고분자 수지 바인더 또는 바인더 혼합물의 함량은 상기 안료 전체의 100중량%에 대하여 20 내지 150중량%이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 분산제의 함량은 상기 안료 전체의 100중량%에 대하여 0.1 내지 30중량%이고, 상기 계면 활성제의 함량은 상기 안료 전체의 100중량%에 대하여 0.01 내지 2중량%이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 아민계 유기물질은 물리적으로 결합된 상태로 존재한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 아민계 유기물질은 화학적으로 결합된 상태로 존재한다.
또한 본 발명에 따르면,
상기한 본 발명의 다른 실시예의 안료 분산액을 사용하여 제조된 컬러필터용 잉크젯 잉크가 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 안료 분산액에 상기한 본 발명의 다른 실시예들의 고분자 수지 바인더를 첨가하여 제조된 컬러필터용 잉크젯 잉크가 제공된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 고분자 수지 바인더는 복수종의 기능성 모노머를 중합하여 제조되며, 하기 화학식 1의 아민계 유기물질을 함유한다.
복수종의 기능성 모노머를 중합하여 제조되는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더에 있어서,
하기 화학식 1의 아민계 유기물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더;
[화학식 1]
[-NHxRy]
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 탄소수 1 내지 10의 알콕시기; 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 탄소수 6 내지 10의 아릴옥시기; 탄소수 2 내지 20의 알케닐기; 탄소수 7 내지 40의 알킬아릴기; 탄소수 7 내지 40의 아릴알킬기; 탄소수 8 내지 40의 아릴알케닐기; 탄소수 2 내지 10의 알키닐기;이고, x는 0 내 지 2이며, y는 1 내지 3이고, x+y=3이다.
고분자 수지 바인더는 안료 분산액 제조시 안료에 첨가될 수도 있고, 잉크젯 잉크의 제조시 안료 분산액에 첨가될 수도 있으며, 상기 양 제조 과정에 모두 첨가될 수도 있다. 따라서, 고분자 수지 바인더는 이를 포함하는 안료 분산액 및 잉크젯 잉크의 물성에 중요한 영향을 미치게 된다.
일반적으로 잉크젯 잉크는 우수한 분산성과 분산 안정성, 및 우수한 토출성과 토출 안정성, 고투명도, 우수한 내화학성, 우수한 기계적 내구성, 고색상 구현력을 가져야 한다.
상기와 같은 잉크젯 잉크의 물성을 만족시키기 위해서는 고분자 수지 바인더의 물성이 적절하게 조절되어야 한다.
이를 위해, 본 실시예서는 기능성 모노머로 단일 종류가 아닌 복수종의 모노머를 사용한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 고분자 수지 바인더의 기본 구조이다.
도 1을 참조하면, 기능성 모노머로 안료와 친화성을 갖는 모노머, 기계적 강도가 우수한 모노머, 및 용매와 친화성을 갖는 모노머들 중 2종 또는 3종의 모노머를 혼합하여 사용한다. 이와 같이 함으로써, 합성된 고분자 수지 바인더는 다양한 종류의 안료에 사용되어 후술하는 안료 분산액 및 잉크젯 잉크의 저점도 분산성 및 분산 안정성을 향상시킬 수 있다.
기능성 모노머의 일 예로서, (a) 안료와 친화성을 갖는 모노머, 및 (b) 용매와 친화성을 갖는 모노머 등 2종의 모노머가 기능성 모노머로 사용될 수 있다. 이 경우, (a) 및 (b)의 상대적인 함량은 몰비를 기준으로 (a)의 함량이 0.3 내지 5일 경우, (b)의 함량은 0.3 내지 5인 것이 바람직하다.
기능성 모노머의 다른 일 예로서, (a) 안료와 친화성을 갖는 모노머, (b) 용매와 친화성을 갖는 모노머, (c) 기계적 강도가 우수한 모노머 등 3종의 모노머가 기능성 모노머로 사용될 수 있다. 이 경우, (a), (b), 및 (c)의 상대적인 함량은 몰비를 기준으로 (a)의 함량이 0.3 내지 3.0일 경우, (b)의 함량은 0.2 내지 2.5이고, (c)의 함량은 0.3 내지 3.0인 것이 바람직하다.
(a) 안료, 구체적으로 안료의 벤젠 혹은 알킬기와 친화성을 갖는 모노머로 스티렌, 벤질메타아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타아크릴레이트, 또는 2-에틸헥실 아크릴레이트 등이 사용될 수 있다.
또한, (b) 용매와 친화성을 갖는 모노머로는 메타아크릴 산, 아크릴 산, 또는 아크릴아미드 등이 사용될 수 있다.
또한, (c) 기계적 강도가 우수한 모노머로는 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 2-하이드록시에틸기를 갖는 메타아크릴레이트, 또는 부틸 아클릴레이트 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 사용되는 기능성 모노머는 전술한 모노머에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 상업적으로 사용 가능한 메틸메타아크릴레이트, 글라이시딜 메타아크릴레이트 등의 다양한 모노머들이 사용될 수 있다. 이들 모노머들 중, 특히 글라이시딜 메타아크릴레이트를 사용한 공중합체의 경우에는 열경화시 에폭시 가교로 인해 경도가 높아지고 내화학성이 증진된다. 따라서, 글라이시딜 메타아크릴레이트는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 제조에 매우 적합하다.
상기 기능성 모노머들은 사용 목적에 따라 그 상대적인 사용 비율과 종류과 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 모노머들의 최적 사용 비율과 종류는 안료의 극성 정도, 원하는 점도, 사용하고자 하는 용매의 특성을 고려하여 정해져야 한다.
한편, 고분자 수지 바인더의 합성에는 용매가 사용되게 되는데, 이러한 용매로는 물을 제외한 프로틱 용매와 애프로틱 용매가 모두 사용될 수 있다. 프로틱 용매로는 부틸 알코올, 아이소프로필 알코올, 에틸 알코올 등이 사용될 수 있다. 또한, 애프로틱 용매로는, 프로필렌글라이콜모노메틸이서 아세테이트, 다이프로필렌 글라이콜 메틸이서 아세테이트, 다이에틸렌 글라이콜 모노부틸이서 아세테이트, 다이글라임 등이 사용될 수 있다. 그러나, 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더의 제조에는 프로틱 용매보다 반응성이 없는 애프로틱 용매가 더욱 바람직하다. 또한, 애프로틱 용매 내에서 고분자 수지 바인더를 합성할 경우에는 용매를 분리하는 공정을 생략할 수 있어 제조공정 단축에 유리하다.
본 실시예에 따른 고분자 수지 바인더는 상기 화학식 1의 아민계 유기물질을 함유한다. 또한, 아민계 유기물질의 함량은 기능성 모노머 전체의 100중량%에 대하여 0.1 내지 30중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1중량% 내지 10중량%이다.
이러한 아민계 유기물질은 고분자 수지 바인더가 합성되는 과정에 첨가될 수도 있고, 고분자 수지 바인더가 중합된 후에 별도로 첨가될 수도 있다. 아민계 유기물질은 고분자 수지 바인더 또는 안료 분산액 내에 존재하는 유기산 또는 유기 아민계의 산도 및 염기도를 적절히 조절하여 분산액의 입자들을 안정화시키고, 잉크젯 잉크가 건조될 때 잉크의 뭉침 현상을 방지하는 기능을 담당한다. 여기서, 아민계 유기물질은 유기산 또는 유기 아민계와 물리적 및/또는 화학적으로 결합하게 된다.
안료 분산액의 분산 안정화 메커니즘을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 물을 용매로 사용하는 경우에는 안료 입자를 둘러싸고 있는 고분자 수지 바인더에 포함된 카르복실기의 음이온 정전기적 반발에 의해 안료 입자가 분산되게 된다. 다음에, 유기 용매를 사용하는 경우에는 안료 입자를 둘러싸고 있는 고분자 수지 바인더의 입체장애 효과에 의해 안료 입자가 분산되게 된다. 유기 용매를 사용할 경우에는 음이온을 도입할 필요는 없지만, 구조내에서 메타아크릴산 또는 아크릴산의 카르복실산기, 또는 메타크릴아미드의 아미드기가 수소결합으로 유기 용매와 친화도를 가짐으로써 안정화를 이루며, 고분자 수지 바인더 또는 분산제에 둘러싸인 안료와 안료를 입체장애효과로 상호 접촉을 막아 분산 안정성을 갖게 된다.
이러한 아민계 유기물질로 기본적으로 1가 아민부터 3가 아민까지 모두 사용 가능하며, 유기 용매에 용해될 수 있는 것이라면 탄소수 5개 내지 20개를 갖는 알리파틱 아민, 헤테로 고리 성분을 갖는 아민, 및 벤젠 고리를 갖는 아민 등이 모두 사용될 수 있다.
구체적으로, 이러한 아민계 유기물질로는 아닐린, N-알킬아닐린, 2-에틸헥실아민, 트리에틸아민, 펜틸아민, n-헥실아민, p-아미노벤조산, 피롤리딘, 피리미딘, 모폴린, 피리딘, 피페라진, 및 퀴놀린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있다.
한편, 컬러필터용 잉크젯 잉크에 사용되는 고분자 수지 바인더는 분자량이 매우 중요한데, 이 분자량의 범위는 1,000 내지 100,000인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5,000 내지 50,000이며, 더욱 더 바람직하게는 10,000 내지 20,000이다. 고분자들의 분자량은 보통 십만 이상에서 백만까지 가능하지만 저점도용 분산제로 사용되는 고분자는 분자량이 작아야 유리하다. 즉, 저분자량의 고분자 수지 바인더가 컬러필터용 감광성 수지 또는 컬러필터용 잉크젯 잉크 등 저점도를 요구하는 특수한 환경에서 사용될 수 있다.
고분자 수지 바인더의 합성시 분자량은 반응조건들, 즉 기능성 모노머의 농도, 반응 온도, 개시제의 양에 의해 조절된다. 예를 들어, 기능성 모노머의 농도 및 반응 온도가 높고 개시제의 사용량이 많으면 분자량은 작아진다.
또한, 고분자 수지 바인더의 합성시 기능성 모노머의 농도는 반응물 전체의 100중량%에 대하여 5 내지 60중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 40중량%이며, 더욱 더 바람직하게는 15 내지 30중량%이다. 반응 온도는 50 내지 120℃인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 60 내지 100℃이며, 더욱 더 바람직하게는 70 내지 90℃이다.
반응 개시제로는 2,2'-아조비스아이소부티로나이트릴(AIBN)이 사용될 수 있으며, 이의 사용량은 기능성 모노머 전체의 100중량%에 대하여, 0,1 내지 10중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5중량%이며, 더욱 더 바람직하게는 2 내지 4중량%이다.
본 실시예에서의 고분자 수지 바인더는 랜덤형 고분자로서 분산특성에 있어서 탁월한 효능을 갖는다. 합성된 고분자 수지 바인더는 용매가 제거되거나, 존재하는 상태에서 적정량의 안료와 혼합하여 각종 분쇄기에서 분쇄될 수 있다. 이러한 고분자 수지 바인더는 사용되는 안료의 종류에 따라 다르지만 통상적으로 안료 전체의 100중량%에 대하여 20 내지 150중량%까지 사용될 수 있다. 또한, 고분자 수지 바인더는 애프로틱용매 내에서 합성될 경우 용매 분리 없이 바로 다음 공정에 적용될 수 있어 공정 단축에 매우 유리하다.
이하, 사용 목적에 따른 고분자 수지 바인더의 합성예를 상세히 설명한다.
첫번째 합성예로서, 컬러필터용 잉크젯 잉크에 사용 가능한 기본적인 구조의 고분자 수지 바인더를 합성하는 예를 설명한다.
먼저, 벤질 메타아크릴레이트, 메틸 메타아크릴레이트, 메타아클릴산을 몰비를 기준으로 각각 0.7, 0.5, 1.5의 비율로 프로필렌글라이콜모노메틸이서 아세테이트(PGMEA)에 잘 혼합한다. 다음에, 상기 혼합물을 약 100℃의 온도로 승온시킨 후 개시제(AIBN)를 넣고 약 5시간 동안 상기 온도를 유지하면서 반응시킨다. 그 다음에, 반응 용액에 아닐린을 기능성 모노머 전체의 100중량%에 대하여 2중량% 투입하고 1시간 동안 방치한다. 마지막으로, 반응이 완료되면 사용된 용매를 진공 증류로 제거하여 노란색 계통의 고체성분의 결정을 얻는다. 합성된 고분자 수지 바인더는 하기 화학식 2와 같은 화학구조를 갖는다.
Figure 112005078593438-pat00001
상기 화학식 2에서 X, Y, Z는 상대적인 몰 비율로 X는 0.3 내지 3.0이고, Y는 0.2 내지 2.5, Z는 0.3 내지 3.0이다. 그러나, 필요에 따라서는 각각의 기능성 모노머가 2종 이상 사용될 수도 있다. 이에 관하여는 후술하기로 한다. 또한, 다음 공정, 즉 안료 분산액을 제조하는 공정에 적용되는 용매도 프로필렌글라이콜모노메틸이서 아세테이트(PGMEA)라면 진공 증류로 용매를 제거할 필요 없이 합성된 고분자 수지 바인더 용액을 바로 다음 공정에 적용하여 공정을 단축시킬 수 있다.
두번째 합성예로서, 극성이 강화된 구조의 고분자 수지 바인더를 합성하는 예를 설명한다.
전술한 바와 같이 적용되는 안료의 물리적, 화학적 특성에 맞게 고분자 수지 바인더의 입체적 구조와 극성을 조절할 수 있는데, 이는 사용되는 기능성 모노머의 종류, 분자량의 크기에 의해 결정된다. 예를 들어, 메틸 메타 아클릴레이트 대신 2-하이드록시 메타아크릴레이트를 사용하면 바인더의 입체구조 및 전체 물성이 극성쪽으로 이동하여, 극성이 강한 안료와 조합하여 사용할 경우 분산성 및 분산 안 정성이 증가하는 경향을 나타낸다. 합성된 고분자 수지 바인더는 하기 화학식 3과 같은 화학구조를 갖는다.
Figure 112005078593438-pat00002
상기 화학식 2에서 X, Y, Z는 상대적인 몰 비율로 X는 0.3 내지 3.0이고, Y는 0.2 내지 2.5, Z는 0.3 내지 3.0이다. 그러나, 필요에 따라서는 각각의 기능성 모노머가 2종 이상 사용될 수도 있다. 이에 관하여는 후술하기로 한다. 합성에 사용되는 반응 용매는 프로필렌글라이콜모노메틸이서 아세테이트 또는 다른 종류의 애프로틱 유기 용매가 사용 가능하다.
상기 화학식 3의 화학구조를 갖는 고분자 수지 바인더를 합성할 때, N-에틸아닐린을 기능성 모노머 전체의 100중량%에 대하여 2.5중량% 첨가하여 반응을 완료시킨다. 반응이 완료되면 사용된 용매를 진공 증류로 제거하여 노란색 계통의 고체성분의 결정을 얻는다.
세번째 합성예로서, 극성이 약화된 구조의 고분자 수지 바인더를 합성하는 예를 설명한다.
먼저, 스티렌, 부틸 메타아크릴레이트, 메타아크릴산을 몰비를 기준으로 각각 1.5, 0.5, 0.3의 비율로 다이글라임에 혼합한다. 다음에, 상기 혼합액을 약 80℃의 온도로 승온시킨 후 개시제(AIBN)를 넣고 약 4시간 동안 상기 온도를 유지하면서 반응시킨다. 다음에, 상기 반응 용액에 2-에틸헥실아민을 기능성 모노머 전체의 100중량%에 대하여 1.5중량% 첨가하여 반응을 완료시킨다. 합성된 고분자 수지 바인더는 하기 화학식 4와 같은 화학구조를 갖는다. 이 경우, 고분자 수지 바인더는 극성이 줄어들어 비교적 극성이 약한 안료와 혼합할 경우 우수한 물성을 나타낼 수 있다.
Figure 112005078593438-pat00003
상기 화학식 4 에서 X, Y, Z는 상대적인 몰 비가 X는 0.3 내지 3.0이고, Y는 0.2 내지 2.5, Z는 0.3 내지 3.0이다. 그러나, 필요에 따라서는 각각의 기능성 모노머가 2종 이상 사용될 수 있다. 이에 관하여는 후술하기로 한다. 한편, 합성된 고분자 수지 바인더를 유기 용매에서 사용할 경우에는 수용액에서 사용하는 경우에 비해 메타아크릴산의 사용량을 반 이하로 줄여야 좋은 결과를 얻을 수 있다.
네번째 합성예로서, 안료와 친화성을 갖는 모노머 및 용매와 친화성을 갖는 모노머만으로 이루어진 구조의 고분자 수지 바인더를 합성하는 예를 설명한다.
먼저, 스티렌 및 아크릴산 각각을 적절한 몰비율로 혼합하여 사용하고자 하는 용매에 투입한다. 다음에, 상기 혼합액을 약 100℃의 온도로 승온시킨 후 개시제(AIBN)를 넣고 약 5시간 동안 상기 온도를 유지하면서 반응시킨다. 다음에, 반응 용액에 기능성 모노머 전체의 100중량%에 대하여 모폴린 2.4중량%를 첨가하여 반응을 완료시킨다. 반응이 완료되면 사용된 용매를 진공 증류로 제거하여 고체성분의 하얀 결정을 얻는다. 합성된 고분자 수지 바인더는 하기 화학식 5와 같은 화학구조를 갖는다.
Figure 112005078593438-pat00004
상기 화학식 5 에서 X, Y는 몰비율로 X는 0.3 내지 5이고, Y는 0.3 내지 5인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 X는 2 내지 3 이고, Y는 1.5 내지 2이다. 합성된 고분자 수지 바인더는 화학식 5와 같은 화학구조를 가진다.
이하, 상기와 같은 고분자 수지 바인더를 함유하는 안료 분산액에 관하여 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액은 상기 고분자 수지 바인더 각각에, 또는 상기 고분자 수지 바인더를 2 종 또는 3종 혼합한 바인더 혼합물에 안료, 분산제, 및 계면 활성제 등을 혼합하여 제조된다.
복수종의 고분자 수지 바인더를 혼합하여 안료 분산액을 제조할 경우 그 혼합 비율은 각 종류의 바인더가 5중량% 내지 95중량%의 비율이 되도록 조절될 수 있다. 또한, 고분자 수지 바인더의 총 사용량은 사용 안료 전체의 100중량%에 대하여 20중량% 내지 150중량%인 것이 바람직하다.
안료는 미세입자로 분쇄되어 분말형태로 공급되게 되며, 안료 입자의 표면에 부착되어 있는 공기는 안료를 분산제와 혼합하고 교반시킴으로써 방출되게 된다. 이와 같이 안료 입자의 표면으로부터 공기가 방출되게 되면 용매가 안료 입자의 표면으로 용이하게 침투할 수 있는데, 이를 습윤효과라고 하며 분산제의 특성이라고 할 수 있다. 상기 안료는 적색 254번, 적색 177번, 청색 15:6번, 녹색 36번, 황색 150번, 황색 139번, 황색 138번, 및 바이올렛 23번 안료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
분산제로는 상업용인 에프카 4046과 4047, 솔스퍼스 32500, 솔스퍼스 24000, 디스퍼비와이케이 161, 또는 디스퍼비와이케이 163등이 사용될 수 있다. 상업용 분산제의 사용량은 사용 안료 전체의 100중량%에 대하여 0.1중량% 내지 30 중량%인 것이 바람직하나, 더욱 바람직하게는 1중량% 내지 10중량%이다.
계면 활성제로는 상업용인 노벡 FC-4434 또는 FC-4430등이 사용될 수 있다. 계면 활성제는 불소계인 것이 바람직하다. 불소계 계면 활성제가 첨가되면, 분산성 이 개선되고 분산 안정성이 향상된다. 불소계 계면 활성제의 사용량은 고분자 수지의 종류에 따라 그 최적양이 정해질 수 있으며, 사용 안료 전체의 100중량%에 대하여 0.01중량% 내지 2중량%인 것이 바람직하나, 더욱 바람직하게는 0.1중량% 내지 0.5중량%이다.
안료는 통상적으로 분산하여 사용되므로 분산이 매우 중요하며, 특히 최근에는 안료가 전자제품의 각종 부품에 사용되는 비중이 높아지면서 고기능성 저점도 안료 분산액의 개발이 매우 중요하게 대두되고 있다. 즉, 전자부품에 사용되는 안료는 일반적으로 박막을 이루어야 하고, 노즐코팅법이나 롤코팅법 등을 사용할 경우 토출성이 좋아야 한다. 따라서, 고점도 안료 분산액은 박막을 형성하기 어렵고 토출성이 나쁘기 때문에 전자부품에 사용하기에는 적절하지 못하다.
특히, 액정표시장치용 컬러필터의 제조에 사용되는 컬러필터 포토레지스트(감광제)는 저점도 안료 분산액이 매우 중요한 요소이다.
이러한 안료 분산액은 고온에서 견디는 내열성, 내화학성, 경화 후 규정이상의 강도를 유지하는 기계적 특성이 만족 되어야 한다. 예를 들어, 컬러필터 제조 공정에서는 220℃에서 1시간 이상 경화시키는 초고온 공정에서도 분산계의 안정성을 유지시킬 수 있는 고기능성 안료 분산액이 요구된다.
또한, 액정표시장치의 요구 물성이 다양화됨에 따라 컬러필터용 안료 분산액의 물성도 다양화되어야 한다. 즉, 기존의 안료 분산액은 통상적으로 스핀코팅용 안료 분산액 제조에 한정되어 사용되었으나, 현재는 액정표시장치가 대형화됨에 따라 스핀코팅법 외에 블레이드 및 롤을 사용한 코팅법, 노즐코팅법 등 다양한 코팅 법이 이용되므로 각 코팅법에 맞는 다양한 물성을 갖는 안료 분산액이 요구된다.
또한, 안료 분산액에는 컬러필터용 잉크젯 잉크 또는 감광제로 제조되기 위하여 많은 화학물질이 첨가되어야 하고, 이에 따라 안료 분산액은 내화학성이 요구된다. 안료 분산액에 첨가되는 대표적인 화학물질은 감광제, 고분자 수지 바인더, 계면 활성제, 모노머와 점도 조절제 등이다.
안료 분산액이 상기 첨가제 등과 물리적 및/또는 화학적으로 결합하게 되면 분산계가 파괴되어 굳어지거나 층분리가 일어나 상품으로서의 가치가 떨어지고, 나아가 완제품인 액정표시장치 불량으로 이어져 막대한 손실을 주게 된다.
상기와 같은 이유로, 안료 분산액은 우수한 내화학성과 높은 기계적 강도를 가져야 한다. 그러나, 기존의 상업화된 제품들은 규격이 한정되어 있어 다양한 종류의 안료를 분산시키는데 한계가 있다.
본 실시예에 따른 안료 분산액은 통상 안료를 안료 분산액 전체의 100중량%에 대하여 15중량% 정도로 조절하여 분산시킬 수 있는데, 이의 점도가 20cP 내외로서 저점도가 가능하여 컬러필터용 감광성 수지 또는 컬러필터용 잉크젯 잉크에 곧바로 적용할 수 있다.
안료 분산액이 전술한 물성들을 갖기 위해서는, 전술한 바와 같이 이의 제조에 사용되는 고분자 수지 바인더의 물성이 탁월해야 한다. 본 실시예에 따른 안료 분산액은 하기와 같은 과정을 거쳐 제조된다.
먼저, 고분자 수지 바인더는 소정의 안료 및 용매와 혼합된다. 그 다음에, 상기 혼합물은 습윤과정을 거친 후 비드밀 또는 마이크로 플루다이저를 사용하여 분쇄된다. 상기 결과물이 저점도의 안료 분산액이다. 또한, 효율을 높이기 위하여 2종 또는 3종의 고분자 수지 바인더를 혼합하여 사용할 수도 있다.
한편, 상기한 안료 분산액에 각종 첨가제를 첨가함으로써 컬러필터용 잉크젯 잉크를 제조할 수 있다. 이러한 컬러필터용 잉크젯 잉크는 안료 분산액에 고분자 수지 바인더를 첨가하여 제조될 수도 있다.
구체적으로, 컬러필터용 잉크젯 잉크는 안료 분산액을 교반 장치가 부착된 반응기에 투입하고 용매, 고분자 수지 바인더, 계면 활성제, 개시제, 및 기타 첨가제를 서서히 투입한 후 교반하여 제조된다.
잉크젯 잉크의 제조시 사용되는 용매는 토출성과 토출 안정성에 지대한 역할을 하므로 매우 중요하다. 사용되는 용매는 끓는점이 150℃이상이어야 하며 끓는점이 300℃이상이면 경화시 잔류되어 화소 불량의 원인이 될 수 있다. 구체적으로, 용매의 끓는점은 200℃ 내지 270℃인 것이 바람직하다.
여기서, 용매, 계면 활성제, 개시제, 및 기타 첨가제의 종류는 전술한 것들과 동일 또는 유사하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서, 본 발명의 실시예를 구체적으로 예시하지만, 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
고분자 수지 바인더의 제조
(실시예 1)
벤질 메타아크릴레이트 (0.07몰, 12.3g), 메틸 메타아크릴레이트(0.07몰, 7.0g), 메타아크릴산 (0.075몰, 6.5g)을 100g의 프로필렌글라이콜모노메틸이서 아세테이트에 혼합하고 소량의 질소로 버블링시켰다. 상기 혼합액을 80℃의 온도로 승온시킨 후 개시제(AIBN) 0.28g을 투입하고 80℃의 온도를 유지하면서 5시간 동안 반응시켰다. 반응 중 질소 버블링을 계속함으로써 공기 중의 산소와 접촉되는 것을 막아 생성된 라디칼이 소멸되지 않도록 하였다. 이 후, 반응 용액에 아닐린을 0.52g 첨가하였다. 아닐린 첨가 후 1시간이 경과한 후 서서히 온도를 상온까지 냉각시켰다. 이로써, 약 20%의 고형분을 함유하는 고분자 수지 바인더 용액을 얻었다.
(실시예 2)
벤질 메타아크릴레이트 대신 스티렌 (0.07몰, 7.3g)을, 아닐린 대신 피롤리딘 1.1g을, 80g 의 프로필렌글라이콜모노메틸이서 아세테이트에 투입한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 제조 공정에 의해 약 20%의 고형분을 함유하는 고분자 수지 바인더를 얻었다.
(실시예 3)
메틸 메타아클릴레이트 대신 2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트 (0.07몰, 9.1g)을, 아닐린 대신에 N-에틸아닐린 0.7g을, 110g 의 프로필렌글라이콜모노메틸이서 아세테이트에 투입한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 제조 공정에 의해 약 20%의 고형분을 함유하는 고분자 수지 바인더를 얻었다.
(실시예 4)
벤질 메타아크릴레이트 (0.04몰, 7.0g), 스티렌 (0.03몰, 3.1g), 메틸 메타 아크릴레이트(0.07몰, 7.0g), 메타아크릴산 (0.15몰, 12.9g)을 68g의 프로필렌글라이콜모노메틸이서 아세테이트에 혼합하고 소량의 질소로 버블링시켰다. 상기 혼합액을 90℃의 온도로 승온시킨 후 개시제(AIBN) 0.28g을 투입하고 90℃의 온도를 유지하면서 5시간 동안 반응시켰다. 반응 중 질소 버블링을 계속함으로써 공기 중의 산소와 접촉되는 것을 막아 생성된 라디칼이 소멸되지 않도록 하였다. 이후, 반응 용액에 아닐린을 0.85g 첨가하였다. 아닐린 첨가 후 1시간이 경과한 후 서서히 온도를 상온까지 냉각시켰다. 이로써, 약 20%의 고형분을 함유하는 고분자 수지 바인더 용액을 얻었다.
(실시예 5)
벤질 메타아크릴레이트 (0.04몰, 7.0g), 스티렌 (0.03몰, 3.1g), 메틸 메타아크릴레이트(0.05몰, 5.0g), 메타아크릴산 (0.03몰, 2.6g)을 60g의 프로필렌글라이콜메틸이서 아세테이트에 혼합하고 소량의 질소로 버블링시켰다. 상기 혼합액을 80℃의 온도로 승온시킨 후 개시제(AIBN) 0.35g을 투입하고 100℃의 온도를 유지하면서 5시간 동안 반응시켰다. 반응 중 질소 버블링을 계속함으로써 공기 중의 산소와 접촉되는 것을 막아 생성된 라디칼이 소멸되지 않도록 하였다. 이 후, 반응 용액에 모폴린을 1.0g 첨가하였다. 모폴린 첨가 후 1시간이 경과한 후 서서히 온도를 상온까지 냉각시켰다.
(실시예 6)
벤질 메타아크릴레이트는 투입하지 않고, 스티렌을 0.07몰 7.3g을 투입하고, 모폴린 대신에 트리에틸아민 0.8g을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 5에서와 같은 제조 공정에 의해 고분자 수지 바인더를 얻었다.
(실시예 7)
스티렌 (0.1몰, 10.4g), 아크릴산 (0.1몰, 7.3g)을 60g의 프로필렌글라이콜모노메틸이서 아세테이트에 혼합하고 소량의 질소로 버블링시켰다. 상기 혼합액을 80℃의 온도로 승온시킨 후 개시제(AIBN) 0.25g을 투입하고 80℃의 온도를 유지하면서 5시간 동안 반응시켰다. 반응 중 질소 버블링을 계속함으로써 공기 중의 산소와 접촉되는 것을 막아 생성된 라디칼이 소멸되지 않도록 하였다. 이 후, 반응 용액에 아닐린을 0.75g 첨가하였다. 아닐린 첨가 후 1시간이 경과한 후 서서히 온도를 상온까지 냉각시켰다.
안료 분산액의 제조
(실시예 8)
실시예 1에서 합성된 고분자 수지 바인더 용액 3.0g과 실시예 3에서 합성된 고분자 수지 바인더 용액 2.0g 에, 스위스 시바사 안료 적색 254번 15g과 솔스퍼스 32500 1.0g, 계면 활성제인 노벡 FC-4434 0.2g, 프로필렌글라이콜 모노부틸이서 아세테이트 78.8g을 혼합하고, 이 혼합액을 2시간 동안 잘 교반하여 습윤시켰다. 여기에, 샌드 300g을 투입하고 직경 7cm의 디스크를 사용하여 rpm 3,000으로 5시간 동안 분쇄하였다. 분쇄가 완료된 후 체(sieve)를 이용하여 모래를 제거하였다. 이로써, 평균 입자 크기가 75nm인 적색 안료 분산액을 얻었다.
(실시예9)
실시예5에서 합성된 고분자 수지 바인더 용액 50g에, 스위스 시바사 안료 적 색 254번 10g을 잘 혼합하고 1시간 동안 교반하였다. 여기에, 0.3mm 지르코니아 비드 100g을 투입하고 직경 7cm의 디스크를 사용하여 rpm 3,000으로 3시간 동안 분쇄하였다. 분쇄가 완료된 후 체(sieve)를 이용하여 비드를 제거하였다. 이로써, 평균 입자 크기가 80nm인 적색 안료 분산액을 얻었다.
(비교실시예 1)
미국특허 6,696,207호에 의거하여 상업용 분산제 에프카 4046만 사용하여 다음과 같이 안료 분산액을 제조하였다.
6g의 에프카-466과 스위스 시바사 안료 적색 254번 15g, 프로필렌글라이콜 모노부틸이서 아세테이트 79g을 혼합하고, 이 혼합액을 2시간 동안 잘 교반하여 습윤시켰다. 여기에, 샌드 300g을 투입하고 직경 7cm의 디스크를 사용하여 rpm 3,000으로 5시간 동안 분쇄하였다. 분쇄가 완료된 후면 체(sieve)를 이용하여 모래를 제거하였다. 이로써, 평균 입자 크기가 78nm인 적색 안료 분산액을 얻었다.
잉크젯 잉크의 제조
(실시예 10)
유기 용매인 다이에틸렌글라이콜 모노부틸이서 아세테이트 44.8g에, 실시예 1에서 합성된 구분자 수지 바인더 20g, 기능성 모노머인 다이펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트 5g, 열개시제인 AIBN 0.2g을 혼합하였다. 여기에, 실시예 7에서 제조된 안료 분산액 30g을 천천히 투입하여 잘 교반시켰다. 이 후, 혼합된 용액을 10마이크로미터 여과장치를 통하여 조대 입자를 제거하여 컬러필터용 잉크젯 잉크를 제조하였다.
제조된 안료 분산액의 평균입자크기 및 경시 안정성 시험
안료 분산액은 분쇄된 후 입자들이 서로 엉겨붙어 침전되거나 층분리되지 않아야 하므로 분산 안정성 시험과정을 거쳐야 한다. 안료 분산액의 경시 안정성 평가는 매우 중요한 요소로 시간 경과시 입자의 크기와 점도의 변화가 적어야 한다. 입자의 크기와 점도가 변화된다는 것은 분산계가 불안정하여 파괴된다는 것을 의미하고, 이는 결국 안료 분산액으로서의 기본적인 기능을 발휘하지 못하게 된다는 것을 의미한다.
본 실시예에서, 분산 안정성 시험은 입자 크기 분석기(PSA: particle size analyzer)를 이용하여 경시 안정성 변화를 관찰하는 것으로, 짧은 시간내에 관찰하기 위하여 가속시험을 하였다. 경시 안정성 가속 시험은 60℃에서 4시간, -10℃에서 4시간을 행하며, 이를 총 4회 반복하여 입자 크기의 변화를 관측하였다.
하기 표 1에 경시 안정성 가속 시험결과를 나타내었다. 안료 분산액은 실시예 8과 비교실시예 1에서 제조된 것을 사용하였다.
실시예 8 비교실시예 1
안료 분산액 중 구성성분의함량 실시예 1 바인더 3.0% 실시예 3 바인더 2.0% 솔스퍼스 32500 1.0% 시바사 적색 254 안료 15.0% 노벡 FC-4434 0.2% 용매(PGMEA) 78.8% 에프카 4046 6.0% 시바사 적색 254 안료 15.0% 용매 (PGMEA) 79.0%
경시 안정성시험 전 75nm 78nm
경시 안정성시험 후 79nm 82nm
상기 표 1을 참조하여 평균입자크기와 경시 안정성을 살펴본다.
본 발명의 한 실시예인 실시예 8의 안료 분산액의 경우에는 경시 안정성 시험 전후 각 시점에서 평균입자크기가 75nm, 79nm로 나타났다. 반면에, 종래 기술에 따른 안료 분산액인 비교실시예 1의 경우에는 상기 각 시점에서 평균입자크기가 78nm, 82nm로 나타났다. 따라서, 본 실시예의 경우가 종래 기술에 비해 안료 분산액의 평균입자크기가 3nm정도 작았다. 따라서, 안료 분산액의 분산성은 본 실시예의 경우가 종래 기술에 비해 우수하다는 것을 알 수 있다.
또한, 경시 안정성 시험 전후의 평균입자크기는 두 경우 모두 4nm 정도 증가하였다. 이로써, 본 실시예에 따른 안료 분산액은 분산성이 우수하면서도 종래 기술에서와 같은 수준의 분산 안정성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 안료 분산액을 상업적으로 사용하는데 아무런 문제가 없으며 오히려 종래 기술에 비해 분산성 면에서 우수하다는 사실을 시험에 의해 확인하였다.
제조된 잉크젯 잉크의 토출성 및 토출 안정성 시험
토출시험은 스펙트라 잉크젯 헤드가 장착된 라이트렉스 장비에 의해 수행되었으며, 장시간 토출시 헤드의 막힘이 없고 토출량의 변화가 없는 안정적인 토출을 평가기준으로 하였다.
시험결과를 하기 표 2에 나타내었다. 잉크젯 잉크는 실시예 10에서 제조된 것을 사용하였다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 잉크젯 잉크는 전술한 안료 분산액, 고분자 수지 바인더, 경화용 모노머, 열개시제, 용매 등의 모든 조합에 의해 제조될 수 있다.
실시예 10 토출 안정성
실시예 7에서 제조된 안료 분산액 30% 실시예 1에서 제조된 고분자 수지 바인더 20% 경화용 모노머 (다이펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트) 5% 열개시제(AIBN) 0.2% 유기용제 (다이에틸렌글라이콜 모노 부틸이서 아세테이트) 44.8% 3시간 연속 토출 시, 초기 토출 잉크의 방울크기와 최종 토출 잉크의 방울크기가 모두 직경 100㎛로 변화 없이 안정적으로 토출됨
상기 표 2로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 따른 잉크젯 잉크는 매우 우수한 토출성 및 토출 안정성을 갖는 것으로 나타났다.
액정표시장치의 컬러필터에 코팅된 잉크젯 잉크의 응집 정도 관찰 시험
본 발명의 핵심인 아민계 유기물질의 첨가 효과를 실험적으로 관찰하였다.
도 2a는 아민계 유기물질을 함유하지 않는 종래의 컬러필터용 잉크젯 잉크의 응집 정도를 보여주는 사진이고, 도 2b는 아민계 유기물질을 함유하는 본 발명의 한 실시예에 따른 컬러필터용 잉크젯 잉크의 응집 정도를 보여주는 사진이다.
도 2a 및 도 2b에서 (R), (G), (B)는 각각 컬러필터의 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀을 의미한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 아민계 유기물질을 첨가하지 않은 경우에는 입자의 응집 현상이 두드러지며, 본 실시예에서와 같이 아민계 유기물질을 첨가한 경우에는 입자의 응집 현상이 현저하게 줄어들었다는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 아민계 유기물질이 잉크 입자의 응집에 미치는 영향을 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 살펴 본다.
먼저, 각각의 경우에 액정표시장치의 서브픽셀 내에 잉크젯 잉크가 코팅된다. 이 후, 잉크젯 잉크에 포함된 용매가 건조되면서 잉크젯 잉크는 고형분의 함량이 높아지게 된다. 이때, 아민계 유기물질이 첨가되지 않은 경우에는 분산제, 고분자 수지 바인더, 안료의 분산 균형이 깨지면서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 잉크 입자의 응집이 일어나 잉크젯 잉크가 불투명해지는 현상이 발생하게 된다.
그러나, 아민계 유기물질이 첨가된 경우에는 아민계 유기물질이 분산제 또는 고분자 수지 바인더 내에 존재하는 산과 아민에 물리적으로 결합하여 분산 안정성을 증진시켜, 도 2b에 도시된 바와 같이, 잉크 입자의 응집을 막는 효과를 나타낸다.
본 발명에 의하면, 액정표시장치의 컬러필터용 잉크젯 잉크 제조시 안료의 분산성 및 분산 안정성을 향상시킬 수 있는 고분자 수지 바인더가 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 액정표시장치의 컬러필터용 잉크젯 잉크를 제조하는데 사용되어 잉크젯 헤드로부터의 잉크 토출성 및 토출 안정성을 향상시킬 수 있는 고분자 수지 바인더가 제공될 수 있다.

Claims (24)

  1. 복수종의 기능성 모노머를 중합하여 제조되는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더에 있어서,
    하기 화학식 1의 아민계 유기물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더;
    [화학식 1]
    [-NHxRy]
    상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 탄소수 1 내지 10의 알콕시기; 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 탄소수 6 내지 10의 아릴옥시기; 탄소수 2 내지 20의 알케닐기; 탄소수 7 내지 40의 알킬아릴기; 탄소수 7 내지 40의 아릴알킬기; 탄소수 8 내지 40의 아릴알케닐기; 탄소수 2 내지 10의 알키닐기;이고, x는 0 내지 2이며, y는 1 내지 3이고, x+y=3이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기능성 모노머는,
    (a) 스티렌 또는 벤질 메타아크릴레이트; 및
    (b) 메타아크릴산, 아크릴산 또는 아크릴아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아민계 유기물질은 아닐린, N-알킬아닐린, 2-에틸헥실아민, 트리에틸아민, 펜틸아민, n-헥실아민, p-아미노벤조산, 피롤리딘, 피리미딘, 모폴린, 피리딘, 피페라진, 및 퀴놀린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 아민계 유기물질의 함량은 (a) 및 (b) 전체의 100중량%에 대하여 0.1 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 (a) 및 (b)의 상대적인 함량은 몰비를 기준으로 (a)의 함량이 0.3 내지 5일 경우, (b)의 함량은 0.3 내지 5인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 기능성 모노머는,
    (c) 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 2-하이드록시에틸기를 갖는 메타아크릴레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 아민계 유기물질의 함량은 (a) 내지 (c) 전체의 100중량%에 대하여 0.1 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 (a), (b), 및 (c)의 상대적인 함량은 몰비를 기준으로 (a)의 함량이 0.3 내지 3.0일 경우, (b)의 함량은 0.2 내지 2.5이고, (c)의 함량은 0.3 내지 3.0인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 아민계 유기물질은 물리적으로 결합된 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 아민계 유기물질은 화학적으로 결합된 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 고분자 수지 바인더.
  11. 상기 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 고분자 수지 바인더에 안료, 분산제, 및 계면 활성제를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 계면 활성제는 불소계 계면 활성제인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 안료는 적색 254번, 적색 177번, 청색 15:6번, 녹색 36번, 황색 150번, 황색 139번, 황색 138번, 및 바이올렛 23번 안료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 고분자 수지 바인더의 함량은 상기 안료 전체의 100중량%에 대하여 20 내지 150중량%인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 분산제의 함량은 상기 안료 전체의 100중량%에 대하여 0.1 내지 30중량 %이고, 상기 계면 활성제의 함량은 상기 안료 전체의 100중량%에 대하여 0.01 내지 2중량%인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  16. 제11항의 안료 분산액을 사용하여 제조된 컬러필터용 잉크젯 잉크.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 안료 분산액에 제1항의 고분자 수지 바인더를 첨가하여 제조된 컬러필터용 잉크젯 잉크.
  18. 상기 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 고분자 수지 바인더를 2 이상 혼합하고, 이 바인더 혼합물에 안료, 분산제, 및 계면 활성제를 더 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 계면 활성제는 불소계 계면 활성제인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 안료는 적색 254번, 적색 177번, 청색 15:6번, 녹색 36번, 황색 150번, 황색 139번, 황색 138번, 및 바이올렛 23번 안료로 이루어지는 군으로부터 선택되 는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 바인더 혼합물의 함량은 상기 안료 전체의 100중량%에 대하여 20 내지 150중량%인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 분산제의 함량은 상기 안료 전체의 100중량%에 대하여 0.1 내지 30중량%이고, 상기 계면 활성제의 함량은 상기 안료 전체의 100중량%에 대하여 0.01 내지 2중량%인 것을 특징으로 하는 컬러필터용 잉크젯 잉크의 안료 분산액.
  23. 제18항의 안료 분산액을 사용하여 제조된 컬러필터용 잉크젯 잉크.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 안료 분산액에 제1항의 고분자 수지 바인더를 첨가하여 제조된 컬러필터용 잉크젯 잉크.
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