본 발명은
1) a. 산기를 포함하는 모노머를 전체 모노머에 대해 10~30 몰%,
b. 에폭시기를 포함하는 모노머를 전체 모노머에 대해 30~50 몰%, 및
c. 불포화 에틸렌기를 포함하는 모노머를 전체 모노머에 대해 20~60 몰%를 포함하는 모노머, 및
2) 하기 화학식 1로 표시되는 분자량 조절제(Chain Transfer Agent)를 상기 모노머 100 중량부에 대해 0.2~10 중량부 포함하는 열경화성 수지 제조용 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 열경화성 수지 제조용 조성물의 구성성분에 대해 상세히 설명한다.
상기 산기를 포함하는 모노머는, 모노머 총 중량중 10~30 몰%를 포함하며, 만일 산기를 포함하는 모노머의 함량이 10 몰% 미만이면 경화도가 저하되고, 30 몰%를 초과하면 저장 안정성이 저하된다. 산기를 포함하는 모노머의 구체적인 예로는 (메타)아크릴산, 크로톤산, 이타콘산, 말레산, 푸마르산, 모노메틸 말레산, 이소프렌 술폰산, 스티렌 술폰산, 5-노보넨-2-카복실산, 모노-2-((메타)아크릴로일옥시)에틸 프탈레이트, 모노-2-((메타)아크릴로일옥시)에틸 숙시네이트, ω-카르복시 폴리카프로락톤 모노(메타)아크릴레이트; 테트라히드로파이라닐 (메타)아크릴레이트와 같은 잠재적인 불포화 카르복시산류; 무수 말레산, 무수 메틸 말레산과 같은 무수 말레산류가 있으며, 이에 한정되지 않는다. 특히, 저장 안정성의 측면에서 잠재적인 불포화 카르복시산류 및 무수 말레산류가 바람직하다.
상기 에폭시기를 포함하는 모노머는, 모노머 총 중량중 30~50 몰%를 포함하며, 만일 에폭시기를 포함하는 모노머의 함량이 30 몰% 미만이면 경화도가 저하되 고, 50 몰%를 초과하면 오버코트 위에 컬럼 스페이서 잔사가 많아지게 된다. 에폭시기를 포함하는 모노머의 구체적인 예로는 알릴 글리시딜 에테르, 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 3,4-에폭시시클로헥실메틸 (메타)아크릴레이트와 같은 불포화 글리시딜 화합물류가 있다.
상기 불포화 에틸렌기를 포함하는 모노머는, 모노머 총 중량중 20~60 몰%를 포함하며, 만일 불포화 에틸렌기를 포함하는 모노머의 함량이 20 몰% 미만이면 보관 안정성 및 오버 코트 위 컬럼 스페이서 잔사 문제가 발생하고, 60 몰%를 초과하면 경화도가 저하된다. 불포화 에틸렌기를 포함하는 모노머의 구체적인 예로는 트리메톡시실릴프로필 (메타)아크릴레이트, 트리에톡시실릴프로필(메타)아크릴레이트와 같은 트리알콕시실란기 함유 불포화 카르복시산 에스테르류; 벤질(메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 에틸헥실(메타)아크릴레이트, 2-페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 테트라히드로퍼프릴(메타)아크릴레이트, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-클로로프로필(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 아실옥틸옥시-2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 글리세롤(메타)아크릴레이트, 2-메톡시에틸(메타)아크릴레이트, 3-메톡시부틸(메타)아크릴레이트, 에톡시디에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시트리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸에테 르(메타)아크릴레이트, 페녹시디에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, p-노닐페녹시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, p-노닐페녹시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 테트라플루오로프로필(메타)아크릴레이트, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필(메타)아크릴레이트, 옥타플루오로펜틸(메타)아크릴레이트, 헵타데카플루오로데실(메타)아크릴레이트, 트리브로모페닐(메타)아크릴레이트, 메틸 α-히드록시메틸 아크릴레이트, 에틸 α-히드록시메틸 아크릴레이트, 프로필 α-히드록시메틸 아크릴레이트, 부틸 α-히드록시메틸 아크릴레이트, 디시클로펜타닐 (메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐 (메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐 옥시에틸 (메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐 옥시에틸 (메타)아크릴레이트와 같은 기타 불포화 카르복시산 에스테르류; 스티렌, α-메틸스티렌, (o,m,p)-비닐 톨루엔, (o,m,p)-메톡시 스티렌, (o,m,p)-클로로 스티렌과 같은 방향족 비닐류; 비닐 메틸 에테르, 비닐 에틸 에테르와 같은 불포화 에테르류; N-비닐 피롤리돈, N-비닐 카바졸, N-비닐 모폴린과 같은 N-비닐 삼차 아민류; N-페닐 말레이미드, N-(4-클로로페닐) 말레이미드, N-(4-히드록시페닐) 말레이미드, N-시클로헥실 말레이미드와 같은 불포화 이미드류; 1,4-부타디엔, 이소프로펜 등 공액성 디엔 화합물류 또는 이들의 혼합물 등이 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 분자량 조절제는, 트리메톡시실란기를 갖는 머캡탄 화합물로서, 특히 3-머캡토프로필 트리메톡시실란이 바람직하다. 이는 열경화성 수지의 분자량 조절 효과가 기지의 머캡탄 화합물과 동등하여, 분자량이 조절된 상기 열경화성 수지의 평탄도가 우수할 뿐만 아니라 열경화성 수지의 분자량 감소로 인 한 기판과의 접착성 저하를 열경화성 수지의 분자 말단에 부여되는 트리메톡시실란 관능기로 인해 향상시킬 수 있기 때문이다.
종래의 중합 개시제에 의해 촉발된 모노머간의 중합반응에서 머캡탄 화합물(R-SH) 내 존재하는 티올기(-SH)의 S-H 사이의 결합은 결합 해리 에너지(bond dissociation energy)가 작아 쉽게 라디칼로 분해되므로, 성장하고 있는(propagation) 폴리머의 라디칼 말단은 머캡탄 화합물과 반응하여 폴리머 체인의 말단이 티오에테르(-SR)기로 됨으로써 체인의 성장이 종료된다(termination). 이때 생성되는 수소 라디칼은 새로운 라디칼 중합을 재개시(re-initiation)하여 분자량을 조절하게 된다. 그러나 상기 화학식 1로 표시되는 분자량 조절제를 사용하여 분자량을 조절하는 경우에는 폴리머 말단에 티오에테르(-SCH2CH2CH2Si(OCH3)3)기가 도입됨에 따라 트리메톡시실란기가 함께 도입된다. 이와 같은 과정에 의해 열경화성 수지의 분자 말단에 존재하게 되는 트리메톡시실란기는 하부의 컬러필터 패턴과 강한 결합을 형성하게 된다.
상기 화학식 1로 표시되는 분자량 조절제의 사용량은 중합시 사용되는 모노머의 총 중량에 대해 0.2 내지 10 중량부가 바람직하며, 0.5 내지 5 중량부가 더욱 바람직하다. 만일 분자량 조절제의 함량이 0.2 중량부 미만일 경우 분자량 조절 효과 및 트리메톡시실란 관능기에 의한 평탄도 및 접착성 향상 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과할 경우 형성되는 열경화성 수지의 분자량이 과도하게 작아져서 감광재에 요구되는 도막의 물리적 강도를 확보할 수 없고 분자량 조절제의 이중체가 불 순물로 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 열경화성 수지 제조용 조성물은 전술한 성분 이외에 통상적으로 사용되는 용매, 열중합 개시제 및 기타 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 열경화성 수지 제조용 조성물로 제조된 열경화성 수지를 제공한다.
본 발명에 따른 열경화성 수지는 열경화성 수지 제조용 조성물을 라디칼 중합, 양이온 중합, 음이온 중합, 축합 중합 등의 당 기술 분야에 알려져 있는 여러 중합 방법 중 어느 하나의 방법에 의하여 제조할 수 있다. 특히 제조의 용이성이나 경제적 측면에서 라디칼 중합을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 라디칼 중합반응에 사용가능한 라디칼 중합 개시제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 상기 라디칼 중합 개시제의 구체적인 예로는, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 2,2'-아조비스-(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스-(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 벤조일퍼옥사이드, 라우로일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시피발레이트, 1,1'-비스-(비스-t-,부틸퍼옥시)시클로헥산 등이 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 라디칼 중합반응에 사용가능한 용매로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 유기용매가 적당하다. 상기 유기용매의 구체적인 예로는, 메틸 에틸 케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 에틸렌글리콜 디메틸 에테르, 에틸렌글리콜 디에틸 에테르, 프로필렌글리콜 디메틸 에테르, 프로필렌글리콜 디에틸 에테르, 디에틸렌글리 콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸 에틸 에테르, 2-에톡시 프로판올, 2-메톡시 프로판올, 3-메톡시 부탄올, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 프로펠렌글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 3-메톡시부틸 아세테이트, 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 에틸 셀로솔브아세테이트, 메틸 셀로솔브아세테이트, 부틸 아세테이트, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 또는 이들의 1종 이상 혼합물 등이 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 열경화성 수지 중합시, 중합 온도 및 중합 시간은 사용하는 중합 개시제의 온도에 따른 반감기를 고려하여 결정할 수 있다. 예컨대, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN)는 70℃에서의 반감기가 4.8시간이므로, 이것을 이용할 때의 중합 시간은 6시간 이상인 것이 바람직하다. 일반적으로, 중합 온도는 50 내지 150℃ 범위인 것이 바람직하고, 중합 시간은 30분 내지 48시간인 것이 바람직하다.
또한, 열경화성 수지의 중량평균 분자량은 1,000 내지 200,000의 범위가 바람직하며, 특히 3,000 내지 30,000 범위가 더욱 바람직하다. 만일 열경화성 수지의 중량평균 분자량이 1000 미만인 경우 형성된 컬러필터 보호막에 요구되는 기본적인 내열성, 내화학성, 기계적 강도, 하부 막과의 접착성 등의 물성을 만족할 수 없다. 또한, 열경화성 수지의 중량평균 분자량이 200,000을 초과하는 경우 흐름성이 나빠져서 코팅 두께의 제어나 두께 균일성 확보, 컬러필터 보호막으로 요구되는 평탄화 특성이 악화된다.
또한, 본 발명은
(A) 열경화성 수지 10~40 중량부,
(B) 용매 60~90 중량부,
(C) 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물 2~30 중량부,
(D) 열중합 개시제 0.05~5 중량부,
(E) 카르복시산 무수물 경화제 0.1~10 중량부,
(F) 에폭시 함유 화합물 0.1~10 중량부, 및
(G) 계면활성제 0.001~2 중량부를 포함하는 열경화성 수지 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 열경화성 수지 조성물의 구성성분에 대해 상세히 설명한다.
상기 (A) 열경화성 수지는 10~40 중량부를 포함하며, 만일 열경화성 수지의 함량이 10 중량부 미만이거나, 40 중량부 이상이면 점도가 너무 낮거나 높아져서 코팅 공정시 막 균일성(uniformity)을 유지하기 어렵다.
상기 (B) 용매는 전술한 열경화성 수지 제조시 사용할 수 있는 용매 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 용매는 60~90 중량부를 포함하며, 만일 용매의 함량이 60 중량부 미만이거나, 90 중량부 이상이면 점도가 너무 낮거나 높아져서 코팅 공정시 막 균일성(uniformity)을 유지하기 어렵다.
상기 (C) 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물은 2~30 중량부를 포함하며, 만일 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물의 함량이 2 중량부 미만이면 경화도가 약해지며, 30 중량부 이상이면 에폭시계 수지와의 상용성이 떨어진다. 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물의 비제한적인 예로는 에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌기의 수가 2 내지 14인 폴리에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 2-트리스아크릴로일옥시메틸에틸프탈산, 프로필렌기의 수가 2 내지 14인 프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 트리스히드록시에틸 이소시아누레이트 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트의 산성 변형물과 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트의 혼합물 등의 다가 알콜을 α,β-불포화 카르복실산으로 에스테르화하여 얻어지는 화합물; 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르아크릴산 부가물, 비스페놀 A 디글리시딜에테르아크릴산 부가물 등의 글리시딜기를 함유하는 화합물에 (메타)아크릴산을 부가하여 얻어지는 화합물; β-히드록시에틸(메타)아크릴레이트의 프탈산디에스테르, β-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트의 톨루엔 디이소시아네이트 부가물 등의 수산기 또는 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 화합물과 다가 카르복실산과의 에스테르 화합물, 또는 폴리이소시아네이트와의 부가물; 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴산 알킬에스테르; 및 9,9'-비스[4-(2-아크릴로일옥시에톡시)페닐]플루오렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 당 기술 분야에 알려져 있는 것들을 포함할 수 있다. 또한 경우에 따라서는 이들 화합물에 실리카 분산체를 사용할 수 있는데, 예를 들면 Hanse Chemie 社제 Nanocryl XP series(0596, 1045, 21/1364)와 Nanopox XP series(0516, 0525) 등이 있다.
상기 (D) 열중합 개시제는 0.05~5 중량부를 포함하며, 만일 열중합 개시제의 함량이 0.05 중량부 미만이면 (C) 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물의 경화 참여도가 떨어지며, 5 중량부 이상이면 경화에 참여하지 못한 라디칼이 오염을 일으킬 수 있다. 열중합 개시제의 비제한적인 예로는 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 2,2'-아조비스-(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스-(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 2-시아노-2-프로필아조포름아미드, 1,1'-아조비스(시클로헥산-1-카로니트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), VF096, Vam-110(이상 Wako pure chemicals ind.), 벤조일퍼옥사이드, 라우로일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시피발레이트 및 1,1'-비스-(비스-t-,부틸퍼옥시)시클로헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 (E) 카르복시산 무수물 경화제는 0.1~10 중량부를 포함하며, 만일 카르복시산 무수물 경화제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 경화도가 약해지며, 10 중량부 이상이면 열 경화시 잔류 성분의 휘발에 의해 막 평탄도가 나빠진다. 카르복시산 무수물 경화제의 비제한적인 예로는, 숙신산 무수물, 글루타르산 무수물, 메틸 숙신산 무수물, 말레산 무수물, 메틸 말레산 무수물, 프탈산 무수물, 1,2,3,6-테트라히드로프탈산 무수물, 3,4,5,6-테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 시스-5-노보넨-(엔도, 엑소)-2,3-디카르복실산 무수물, 1,2,4,5-벤젠 테트라카르복시산 이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논 테트라카르복시산 이무수물, 비페닐 테 트라카르복시산 이무수물, 비스(3,4-디카르복시페닐) 에테르 이무수물, 비스(3,4-디카르복시페닐) 설파이드 이무수물, 비스(3,4-디카르복시페닐) 설폰 이무수물, 에틸렌 글리콜 비스(4-트리멜리테이트) 이무수물, 글리세롤 비스(1,3-트리멜릭 무수물)-2-아세테이트, 1,4-비스(2,3-디카르복시페녹시) 벤젠 이무수물, 1,3-비스(3,4-디카르복시페녹시) 벤젠 이무수물, 2,3,6,7-나프탈렌 테트라카르복시산 이무수물, 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 이무수물, 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 에테르 이무수물, 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 설폰 이무수물, 비스(3,4-디카르복시페닐) 메탄 이무수물, 1,1-비스(3,4-디카르복시페닐) 에탄 이무수물, 1,2-비스(3,4-디카르복시페닐) 에탄 이무수물, 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐) 프로판 이무수물, 2,2-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐] 프로판 이무수물, 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)디페닐-2,2-프로판 이무수물, 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 이무수물, 1,3-비스(3,4-디카르복시페닐) 헥사플루오로프로판 이무수물, 2,2-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 이무수물, 및 4,4'-비스[2-(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로이소프로필]디페닐 에테르 이무수물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 (F) 에폭시 함유 화합물은 0.1~10 중량부를 포함하며, 만일 에폭시 함유 화합물의 함량이 0.1 중량부 미만이면 경화도가 약해지며, 10 중량부 이상이면 열 경화시 잔류 성분의 휘발에 의해 막 평탄도가 나빠진다. 에폭시 화합물은 하기 구조식으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 이에 한정 되지 않는다.
상기 (G) 계면활성제는 당 업계에 알려진 종류를 모두 사용할 수 있으며, 특히 실록산계와 불소계 계면활성제가 대표적으로 사용된다. 계면활성제의 함량은 0.1~10 중량부를 포함하며, 만일 0.1 중량부 미만이면 액말림 같은 현상이 발생하며, 10 중량부 이상이면 오버 코트 위 컬럼 스페이서 코팅성을 떨어뜨린다. 계면활성제의 구체적인 예로는 BYK Chmie 社제 BYK series (066, 141, 306, 307, 310, 315, 320, 322, 323, 330, 331, 333, 340, 355, UV3500, 358N, A555)와 DIC 社제 MEGAFACE series (BL-20, R-30, F-477, R-08, F-486, F-475, F-110), 3M 社제 Novec series (FC-4430, FC-4432) 등이 있다.
본 발명에 따른 열경화성 수지 조성물은 전술한 성분 이외에 기타 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다. 기타 첨가제로는 소포제, 접착 촉진제, 열중합 금지제 등이 있다.
소포제의 구체적인 예로는 Degussa 社제 Wet 270, WetKL245와 BYK Chemie 社제 BYK-141 등이 있으나 이에 한정되지 않는다. 접착 촉진제의 구체적인 예로는 Shinetus社의 KBM-303, KBM-403, KBM-503, KBM-603, KBM-703, KBM-803, KBM-903 등이 있으나 이에 한정하지는 않는다. 열중합 금지제의 구체적인 예로는 p-아니솔, 히드로퀴논, 피로카테콜(pyrocatechol), t-부틸카테콜(t-butyl catechol), N-니트로소페닐히드록시아민 암모늄염, N-니트로소페닐히드록시아민 알루미늄염 및 페노티아진(phenothiazine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 열경화성 수지 조성물은 분자량 조절제로 트리메톡시실란기를 갖는 머캡탄 화합물을 사용함으로써, 표면경도, 투과도, 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내용제성 및 평탄성이 모두 우수하다.
따라서, 본 발명에 따른 열경화성 수지 조성물은 컬러필터 보호막에 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
합성예
1~4
: 열경화성 수지의 제조
합성예
1
:
테트라히드로파이라닐 메타아크릴레이트 14g, 글리시딜 메타아크릴레이트 30g, 스티렌 16g, 분자량 조절제로 3-(트리메톡시실릴)프로판-1-티올 1.8g, 용매인 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 140g을 질소 분위기하에서 기계적 교반기(mechanical stirrer)를 이용하여 30분간 혼합하였다. 질소 분위기하에서 반응기의 온도를 70℃로 높이고 혼합물의 온도가 70℃가 되었을 때 열중합 개시제인 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 2.1g을 넣고 10시간 동안 교반하였다(중량평균 분자량(MW) : 9,000).
합성예
2
:
테트라히드로파이라닐 메타아크릴레이트 14g, 글리시딜 메타아크릴레이트 29g, 스티렌 14g, 벤질메타아크릴레이트 3g, 분자량 조절제로 3-(트리메톡시실릴)프로판-1-티올 1.8g, 용매인 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 140g을 질소 분위기하에서 기계적 교반기를 이용하여 30분간 혼합하였다. 질소 분위기하에서 반응기의 온도를 70℃로 높이고 혼합물의 온도가 70℃가 되었을 때 열중합 개시제인 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 2.1g을 넣고 10시간 동안 교반하였다(중량평균 분자량(MW) : 10,000).
합성예
3
:
테트라히드로파이라닐 메타아크릴레이트 13g, 글리시딜 메타아크릴레이트 28g, 스티렌 15g, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타아크릴레이트 3g, 분자량 조절제로 3-(트리메톡시실릴)프로판-1-티올 1.8g, 용매인 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 140g을 질소 분위기하에서 기계적 교반기를 이용하여 30분간 혼합하였다. 질소 분위기하에서 반응기의 온도를 70℃로 높이고 혼합물의 온도가 70℃가 되었을 때 열중합 개시제인 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 2.0g을 넣고 10시간 동안 교반하였다(중량평균 분자량(MW) : 8,500).
합성예
4
:
테트라히드로파이라닐 메타아크릴레이트 14g, 글리시딜 메타아크릴레이트 28g, 스티렌 15g, N-페닐말레이미드 1g, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타아크릴레이트 2g, 분자량 조절제로 3-(트리메톡시실릴)프로판-1-티올 1.8g, 용매인 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 140g을 질소 분위기하에서 기계적 교반기를 이용하여 30분간 혼합하였다. 질소 분위기하에서 반응기의 온도를 70℃로 높이고 혼합물의 온도가 70℃가 되었을 때 열중합 개시제인 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 2.0g을 넣고 10시간 동안 교반하였다(중량평균 분자량(MW) : 9,000).
비교합성예
1
:
상기 합성예 1에서 분자량 조절제로서 3-(트리메톡시실릴)프로판-1-티올 대신 도데칸티올을 사용한 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일하게 하여 열경화성 수지를 제조하였다.
비교합성예
2
:
상기 합성예 3에서 분자량 조절제로서 3-(트리메톡시실릴)프로판-1-티올 대신 도데칸티올을 사용하고, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타아크릴레이트 3g을 13g으로 증가하여 사용한 것을 제외하고는, 상기 합성예 3과 동일하게 하여 열경화성 수지를 제조하였다.
실시예
1
:
1. 열경화성 수지 조성물
상기 합성예 1에서 제조한 (A) 열경화성 수지 용액 100 g (고형분 30 g)과 (C) 펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 10 g을 (B) 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 74 g에 용해하였다. 여기에 (D) 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 1 g, (E) 에틸렌 글리콜 비스(4-트리멜리테이트) 이무수물 10 g, (F) 1,3,5-트리에폭시메틸트리아진-2,4,6(1H,3H,5H)-트리온 5 g, (G) BYK-307 0.1 g을 첨가한 뒤 충분하게 교반하여 열경화성 수지 조성물을 얻었다.
2.
경화막의
제조
유리 기판 위에 상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 막 두께가 1.5㎛ 되도록 스핀 코팅법으로 도포하고, 예비 소성으로 90℃ 핫플레이트에서 2분간 건조하였다. 그 다음 깨끗한 오븐에서 230℃, 1시간의 본 소성을 실시하여 경화막을 제조하였다.
3.
평탄화막의
제조
유리 기판상에 LG 화학 안료 분산형 컬러 레지스트(R,G,B)를 이용하여 스트라이프 모양으로 적색, 녹색, 청색의 3색 컬러 필터를(각각의 선폭 100㎛) 제작하였다. 상기 컬러 필터를 접촉식 표면 측정기 α-스텝(Tencor사 제품)을 이용하여 높이 차이를 측정하였다. 최고 높이와 최저 높이의 차이가 0.9㎛이었다.
상기 컬러 필터가 만들어진 기판 위에, 상기 경화막의 제조 과정과 동일하게 상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 도포한 후, 예비 소성과 본 소성을 거쳐 평탄화막을 제조하였다.
실시예
2
:
1. 열경화성 수지 조성물
상기 실시예 1에서 합성예 1에서 제조한 열경화성 수지 용액 대신 합성예 2에서 제조한 열경화성 수지 용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1의 1과 동일하게 하여 열경화성 수지 조성물을 제조하였다.
2.
경화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 2와 동일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
3.
평탄화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 3과 동일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
실시예
3
:
1. 열경화성 수지 조성물
상기 실시예 1에서 합성예 1에서 제조한 열경화성 수지 용액 대신 합성예 3에서 제조한 열경화성 수지 용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1의 1과 동일하게 하여 열경화성 수지 조성물을 제조하였다.
2.
경화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 2와 동 일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
3.
평탄화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 3과 동일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
실시예
4
:
1. 열경화성 수지 조성물
상기 실시예 1에서 합성예 1에서 제조한 열경화성 수지 용액 대신 합성예 4에서 제조한 열경화성 수지 용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1의 1과 동일하게 하여 열경화성 수지 조성물을 제조하였다.
2.
경화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 2와 동일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
3.
평탄화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 3과 동일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
비교예
1
:
1. 열경화성 수지 조성물
상기 실시예 1에서 합성예 1에서 제조한 열경화성 수지 용액 대신 비교합성예 1에서 제조한 열경화성 수지 용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1의 1과 동일하게 하여 열경화성 수지 조성물을 제조하였다.
2.
경화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 2와 동일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
3.
평탄화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 3과 동일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
비교예
2
:
1. 열경화성 수지 조성물
상기 실시예 1에서 합성예 1에서 제조한 열경화성 수지 용액 대신 비교합성예 2에서 제조한 열경화성 수지 용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1의 1과 동일하게 하여 열경화성 수지 조성물을 제조하였다.
2.
경화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 2와 동일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
3.
평탄화막의
제조
상기 1에서 제조한 열경화성 수지 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 3과 동일한 방법으로 경화막을 제조하였다.
실험예
1
:
경화막에
대한 물성 평가
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 경화막에 대하여 표면경도, 투과도, 접착성 및 내열성을 하기와 같이 측정하였다.
1. 표면경도
ASTM-D3363에 의한 방법으로 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 경화막들의 표면 경도를 측정하였다.
2. 투과도
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 경화막들이 형성된 유리 기판의 400nm 내지 700nm의 가시광 영역의 투과스펙트럼을 조사하여 400nm에서의 투과도를 측정하였다.
3. 접착성(Tape test)
ASTM-D3359에 의한 방법으로 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 경화막들의 기판과의 접착력을 측정하였다.
4. 내열성
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 경화막들이 형성된 유리 기판을 250℃의 깨끗한 오븐에 1시간 동안 가열 처리 후 400 내지 700nm의 가시광 투과 스펙트럼과 두께 변화를 조사하여 내열성을 평가하였다. 가열 처리 전후의 400nm에서의 투과도 변화율과 가열 처리 전 두께 대비 가열 처리 후의 두께 감소율을 조사하였다.
결과는 표 1에 나타내었다.
|
표면경도 |
투과도 |
접착성 |
내열성 |
두께 변화 |
투과율 변화 |
실시예 1 |
5H |
96% |
97/100 |
4.2% |
2% |
실시예 2 |
5H |
97% |
97/100 |
4.0% |
2% |
실시예 3 |
4H |
97% |
100/100 |
5.5% |
2% |
실시예 4 |
4H |
96% |
99/100 |
5.5% |
2% |
비교예 1 |
5H |
96% |
84/100 |
5.8% |
2% |
비교예 2 |
2~3H |
95% |
100/100 |
5.5% |
2% |
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 열경화성 수지 조성물의 경화막은 비교예 1에 비해 접착성이 뛰어나며, 비교예 2에 비해 표면경도가 우수함을 확인하였다.
상기 결과에 따라, 본 발명에 따른 열경화성 수지 조성물은 분자량 조절제로 트리메톡시실란기를 갖는 머캡탄 화합물을 사용함으로써, 표면경도, 투과도, 및 내열성이 우수함을 알 수 있다.
실험예
2
:
평탄화막에
대한 물성 평가
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 평탄화막에 대하여 내산성, 내알칼리성, 내용제성 및 평탄성을 하기와 같이 측정하였다.
1. 내산성
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 평탄화막들이 형성된 유리 기판을 HCl/FeCl3=1/1 중량비의 수용액 중에 40℃에서 10분간 담근 후 평탄막의 외관 변화를 관찰하여 내산성을 평가하였다.
이때 외관 변화가 없는 것을 양호(ㅇ), 외관이 박리되거나 하얗게 변질된 것을 불량(X)으로 표시하였다.
2. 내알칼리성
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 평탄화막들이 형성된 유리 기판을 NaOH 5.0% 중량비의 수용액 중에 40℃에서 10분간 담근 후 평탄막의 외관 변화를 관찰하여 내알칼리성을 평가하였다.
이때 외관 변화가 없는 것을 양호(ㅇ), 외관이 박리되거나 하얗게 변질된 것을 불량(X)으로 표시하였다.
3. 내용제성
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 평탄화막들이 형성된 유리 기판을 NMP 용액 중에 40℃에서 10분간 담근 후 평탄막의 외관 변화를 관찰하여 내용제성을 평가하였다.
이때 외관 변화가 없는 것을 양호(ㅇ), 외관이 박리되거나 누렇게 변질된 것을 불량(X)으로 표시하였다.
4. 평탄성
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 제조한 평탄화막들의 최고 높이와 최저 높이 차이를 접촉식 표면 측정기 α-스텝(Tencor사 제품)으로 측정하고, 하기 수학식 1에 따라 평탄도를 계산하였다.
평탄도 = [1-(평탄화막의 높이 차 / 평탄막 도포전의 높이 차)]×100
결과는 표 2에 나타내었다.
|
내산성 |
내알칼리성 |
내용제성 |
평탄성 |
실시예 1 |
○ |
○ |
○ |
83% |
실시예 2 |
○ |
○ |
○ |
82% |
실시예 3 |
○ |
○ |
○ |
85% |
실시예 4 |
○ |
○ |
○ |
82% |
비교예 1 |
○ |
△ |
○ |
78% |
비교예 2 |
○ |
△ |
△ |
79% |
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 열경화성 수지 조성물의 평탄화막(실시예 1~4)은 비교예 1~2에 비해 내알칼리성, 내용제성 및 평탄성이 대체로 우수하였다.