KR100828903B1 - 칼라 필터의 제조방법 - Google Patents

칼라 필터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 투명 기판상에 복수 개의 격벽을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 격벽으로 둘러싸인 영역에 용매가 0 내지 20 중량부 범위로 포함된 잉크를 충전시킨 후 경화하여 화소부를 형성하는 단계를 포함하는 칼라 필터의 제조방법, 상기 제조방법에 의해 제조된 칼라 필터 및 상기 칼라 필터를 구비하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명에서는 칼라 필터 제조시 용매 함량이 최소화된 잉크를 사용함으로써, 용매 증발에 따른 화소부의 부피 감소로 인해 기존 공정에서 필수적으로 수행된 평탄화 공정(overcoat)이 생략 가능할 뿐만 아니라, 표면 평탄성이 확보된 우수한 칼라 필터를 제공할 수 있다.
용매, 화소부, 단차, 격벽, 칼라 필터

Description

칼라 필터의 제조방법{PREPARATION METHOD OF COLOR FILTER}
도 1은 용매를 다량 함유하는 종래 잉크를 이용하여 제조된 화소부와 격벽부와의 단차를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명에 따라 용매를 0 내지 20 중량부 포함하는 잉크를 이용하여 제조된 화소부와 격벽부와의 단차를 나타내는 도이다.
도 3은 실시예 1의 칼라 필터용 잉크를 자외선 처리 없이 열질량 분석을 실시한 후의 결과 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 칼라 필터용 잉크를 자외선 처리하고 열질량 분석을 실시한 후의 결과 그래프이다.
도 5는 실시예 1의 칼라 필터용 잉크를 이용하여 형성된 화소(pixel)의 3차원 측정 사진이다.
본 발명은 종래 화소부와 격벽부와의 두께 차이를 최소화하기 위해 필수적으로 실시된 overcoat 공정이 생략 가능할 뿐만 아니라, 이로 인해 제조 공정의 단축 및 단순성 확보가 가능한 칼라 필터의 신규 제조방법, 상기 제조방법에 의해 제조 된 표면 평탄성을 갖는 칼라 필터에 관한 것이다.
잉크젯(inkjet) 기술은 공정이 단순하고 재료의 낭비가 적어 포토리소그래피(photolithography)를 대체하기 위한 기술로 연구가 활발히 진행되고 있다. 이때 잉크젯 기술에 사용되던 잉크 조성물은 안료, 용매, 바인더 폴리머, 건조방지제 등으로 이루어졌다.
종래의 잉크젯 공정은 격벽에 의해 정의(define)된 화소부에 잉크를 잉크젯 방식에 의하여 채워 넣고 건조 공정을 거쳐 잉크에 다량 포함된 용매(solvent)를 제거한 후 필요에 따라 자외선 또는 열처리 공정을 거쳐 칼라 필터를 완성한다. 이 과정에서 화소부의 잉크는 건조시 부피가 감소하므로 화소부의 두께가 얇아지게 된다. 따라서 필연적으로 격벽부(BM)와 화소부의 두께 차이가 통상적으로 1 마이크론 내지 수 마이크론까지 발생하며, 이를 해결하기 위해 오버코트(overcoat) 공정을 도입하여 두께 차이를 보상하는 평탄화 공정을 필수적으로 거치게 된다.
일례로, 일본공개특허 2002-156520호에서는 수용성 잉크를 사용한 공정에 대해 언급하였는데, 기판에 잉크를 제팅한 후 90℃와 220℃에서 용매를 건조하는 공정을 개시하였다. 또한, 동 특허에서는 건조시 잉크 부피의 감소에 대하여는 언급하지 않았으나, 사용한 재료의 특성상 최소 수용성 용매의 양에 해당되는 부피가 건조시 감소되었을 것으로 추정 가능하다. 따라서, 상기와 같이 건조 및/또는 경화에 의한 잉크 내 용매의 부피 감소를 보상할 수 있는 별도의 추가 공정, 예컨대 오버코트 공정이 필수적으로 요구된다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 용매 함량이 극히 소량 함유되어 있음에도 불구하고 점도(viscosity)가 조절 가능한 잉크를 사용하면, 블랙 매트릭스 격벽안에 제팅(jetting)하여 패턴을 형성한 후 경화에 의해 칼라 필터를 생성할 경우, 격벽으로 둘러싸인 영역 내부에 볼록한 형태로 채워진 잉크가 경화에 의해 부피 감소가 최소화되어 평탄화가 일어나므로, 칼라 필터부와 블랙 매트릭스부의 단차를 없앨 수 있어 후속 공정 전 평탄화를 위한 별도의 오버코트(overcoat) 공정이 생략 가능하다는 것을 발견하였다.
이에, 본 발명은 상기와 같이 제조 공정의 단축 및 단순성 확보가 가능한 칼라 필터의 신규 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조되어 우수한 표면 평탄성을 갖는 칼라 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 (i) 기판상에 복수 개의 격벽부를 형성하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 격벽부로 둘러싸인 내부 영역에, (a) 상온에서 점도가 80cP 이하인 모노머; (d) 착색제; 및 용매 0~20 중량부 범위를 포함하는 잉크를 충전한 후 1차 경화시켜 화소부를 형성하는 단계를 포함하는 칼라 필터의 제조방법으로서, 상기 제조방법은 잉크에 포함된 용매를 제거하는 건조단계(prebake)가 생략되는 것이 특징인 칼라 필터의 제조방법, 상기 제조방법에 의해 제조된 칼라 필터 및 상기 칼라 필터를 구비하는 액정 표시 장치를 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 용매 함량이 극히 소량 함유되어 있음에도 불구하고 잉크젯 젯팅에 적합한 점도를 갖는 잉크의 사용으로 인해, 칼라 필터 제조 공정의 단축 및 단순성이 확보된 신규 제조방법, 즉 잉크의 특성에 맞게 최적화된 제조 공정을 제공 하는 것을 특징으로 한다.
1) 종래 칼라 필터는 잉크젯 방식에 의하여 잉크를 미리 격벽을 형성한 화소부에 채워 넣고 건조 공정, 예컨대 prebake 공정을 거쳐 잉크에 다량 포함된 용매(solvent)를 제거한 후, 필요에 따라 자외선 또는 열처리 공정을 거쳐 칼라 필터를 완성한다. 이 과정에서 화소부의 잉크는 잉크에 다량 함유된 용매의 함량 만큼 건조에 의해 부피가 감소하게 되므로, 도 1에 도시된 바와 같이 제조된 화소부와 격벽부(BM)의 두께 차이가 필연적으로 발생하게 된다. 따라서, 화소부와 격벽부의 두께 차이를 보상하기 위한 평탄화 공정, 즉 오버코트(overcoat) 공정이 필수적으로 요구된다.
이에 비해, 본 발명에서는 건조에 의해 부피 감소를 유발하는 용매의 함량이 최소화된 잉크를 사용함으로써, 전술한 건조 공정(prbake)을 거치지 않고 빛, 열 또는 빛과 열을 이용한 1차 경화 단계만을 거쳐 바로 칼라 필터를 제조할 수 있다. 따라서, 제조 공정의 단축 및 단순성 확보를 통해 대량 생산 및 경제성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 건조 및/또는 경화에 의한 잉크의 부피 감소가 최소화되므로, 제조된 화소부와 격벽부와의 단차가 거의 발생하지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 별도의 평탄화 공정, 예컨대 오버코트 공정이 생략 가능하다.
추가적으로, 본 발명에서는 1차 경화만을 통해서 평탄성이 도모된 칼라 필터의 제조가 가능하나, 빛(UV)에 의한 1차 경화 및 열에 의한 2차 경화를 거칠 경우, 보다 평탄화가 최적화된 칼라 필터를 제공할 수 있다.
즉, 블랙 매트릭스 격벽 안에 잉크를 제팅(jetting)하여 패턴을 형성한 후 빛 조사에 의한 1차 경화 단계를 거칠 경우, 잉크의 표면부에 존재하는 저분자 물질, 예컨대 단량체(monomer)가 중합되어 비등점이 높은 고분자를 형성하게 된다. 상기 고분자는 일반적으로 저분자 물질에 비해 끓는점이 높으므로 열에 의한 증발이 상대적으로 적다. 따라서 상기 고분자 생성으로 인해 열에 의한 잉크 구성 성분의 증발이 억제되도록 한 후, 필요에 따라 열처리에 의한 2차 경화 단계를 거칠 경우 열에 의한 잉크 구성 물질의 손실이 최소화되어 평탄화가 최적화된 칼라 필터를 제조할 수 있다.
실제로 상기와 같은 제조 공정을 거칠 경우 화소부의 부피 감소가 25% 이내로 최소화될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다(도 4 참조). 또한 상기 제조 공정과 화소에 제팅되는 잉크량을 조절하여 병행할 경우, 오버코트 공정 없이 화소부와 격벽부와의 두께 차이가 최소화될 수 있다.
본 발명에 따른 칼라 필터의 제조방법은 용매 함량이 최소화되었으나 jetting에 적합한 점도를 갖는 잉크를 사용한다는 점을 제외하고는, 당 분야에 알려진 통상적인 방법과 동일하게 실시될 수 있다. 이의 바람직한 일 실시 형태를 들면 하기와 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
우선, 1) 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 감광성 수지 조성물을 도포한 후, 노광 및 현상하여 격벽을 형성한다.
이때, 기판은 액정 소자에 요구되는 물성, 바람직하게는 투명성 및 기계적 강도가 만족된다면, 이의 재질에 상관없이 사용 가능하다. 일례로 금속, 종이, 유 리, 플라스틱, 실리콘, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 방향족 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 등을 사용할 수 있으며, 이들 기판은 목적에 따라 실란 커플링제에 의한 약품 처리, 플라즈마 처리, 이온 플레이팅, 스퍼터링, 기상반응법, 진공 증착 등의 적절한 전처리를 실시할 수 있다. 또한, 상기 기판은 선택적으로 구동용 박막 트랜지스터가 올려져 있을 수 있으며, 질화된 규소막이 스퍼터링되어 있을 수 있다.
격벽을 형성하기 위해 사용되는 감광성 수지 조성물은 특별한 제한이 없으며, 당 분야에 알려진 통상적인 감광성 수지 조성물을 사용할 수 있다. 또한 인접하는 화소부 간을 차광하기 위해 흑색의 안료, 또는 R, G, B 등의 안료를 혼합하여 사용할 수 있다.
감광성 수지 조성물을 기판상에 도포하는 방법으로는 당 업계에 알려진 롤 코터(roll coater), 커튼 코터(curtain coater), 스핀 코터(spin coater), 슬롯 다이 코터, 각종 인쇄, 침적 등의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 필름 등의 지지체 상에 도포한 후 기타 지지체 상에 전사하는 것도 가능하며, 그 적용 방법은 특별히 한정되지 않는다. 도포된 두께는 특별한 제한이 없으며, 통상적인 범위와 동일하다.
도포된 감광성 수지층에 원하는 패턴을 갖는 포토마스크(photomask)를 통해 노광을 진행한 후, 노광된 감광성 수지층을 적당한 현상액으로 현상함으로써 블랙 매트릭스가 제조된다.
2) 상기 격벽으로 둘러싸인 영역에 용매 함량이 최소화된 잉크를 잉크젯 방 식에 따라 채운 후 경화시킨다.
본 발명의 잉크는 용매가 0 내지 20 중량부 범위로 포함되기만 한다면 이들의 구성 성분, 성분비, 함량 등에 특별한 제한이 없으나, 가능하면 잉크젯 제팅(jetting)에 적합한 점도, 예컨대 상온에서 80cP 이하를 갖기 위하여, (a) 상온에서의 점도가 80cP 이하인 모노머; (d) 착색제 및 용매를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 잉크는 (b) 가교 결합이 가능한 모노머; 및/또는 (c) 경화개시제 또는 경화촉진제를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 용매는 특별한 제한이 없으며, 당 분야에 알려진 잉크에 사용되는 통상적인 용매를 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는 물, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 테트라히드로퓨란, 1,4-디옥산, 에틸렌글리콜 디메틸 에테르, 에틸렌글리콜 디에틸 에테르, 프로필렌글리콜 메틸 에테르, 프로필렌글리콜 디메틸 에테르, 프로필렌글리콜 디에틸 에테르, 클로로포름, 염화메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 1,1,1-트리클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에텐, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 프로판올, 부탄올, t-부탄올, 시클로헥사논, 프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 2-메톡시부틸 아세테이트, 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 에틸 셀로솔브아세테이트, 메틸 셀로솔브아세테이트, 부틸 아세테이트, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, γ-부틸락톤, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 테트라메틸술폰, 에틸렌글리콜 아세테이트, 에틸에테르 아세테이트, 에틸락테이트, 폴리에틸렌글리콜, 시클로헥사논 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 상기 용매의 함량이 20 중량부를 초과할 경우, 의도하였던 건조에 의한 블랙 매트릭스부와의 단차를 방지하는 기능이 충분하지 못할 수 있다.
또한, 상기 잉크의 구성 성분 중 하나인 (a) 저점도의 모노 또는 디 관능성 모노머는 잉크의 점도(viscosity)를 조절하는 작용을 함으로써, 본 발명의 잉크에 사용되는 용매 함량을 현저히 감소시킬 수 있다. 특히, 상기 저점도의 모노 또는 디 관능성 모노머는 용매의 함량을 감소시키면서도 최종 잉크의 점도를 30cP 이하로 조절할 수 있으며, 적절한 가열(100℃ 이하)을 통해 잉크젯용 잉크에 적합한 점도인 20cP 이하로 조절할 수 있다. 따라서, 상기 모노머(a)는 잉크젯 젯팅의 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 용매 함량의 최소화를 통해 제조방법의 단축 및 단순성 확보를 도모할 수 있다.
상기 모노 또는 디 관능성 모노머의 점도는 상온에서 80cP이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30cP 이다. 또한, 상기 모노 또는 디 관능성 모노머는 모노 또는 디 아크릴 모노머를 사용하는 것이 바람직하며, 이의 비제한적인 예로는 폴리에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 테트라히드로퍼퓨릴 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, 옥틸 (메타)아크릴레이트, 데실 (메타) 아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 디데실 아크릴레이트, 라우릴 (메타) 아크릴레이트, 이소보닐 (메타)아크릴레이트, 스테아릴 (메타)아크릴레이트, 이소데실 (메타)아크릴레이트, 트리데실 (메타)아크릴레이트, 페놀 (메타)아크릴레이트, 노닐페놀 (메타)아크릴레이트, 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 비소페놀에이 (메타)아크릴레이트, 트 리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 헥산디올 디아(메타) 아크릴레이트, 시클로헥산디메탄올 디(메타)아크릴레이트, 비스페놀에이 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 부틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트 또는 폴리프로필렌글리콜 디(메타)아크릴레이트 등과 이들의 알콕시 유도체 등이 있다. 상기 모노 또는 디 관능성 모노머의 함량은 잉크 100 중량부 당 30 중량부 이상 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40 내지 70 중량부이다. 그 함량이 30 중량부 미만일 경우 용매의 사용량을 감소시키는 효과가 미미할 뿐만 아니라, 적절한 잉크의 점도를 유지할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 잉크는 기계적 물성과 내화학성이 우수한 칼라 필터를 제공하기 위하여, 필요에 따라 가교 결합이 가능한 다관능성 모노머(b)를 포함할 수 있으며, 따라서, 가교결합(cross-linking)이 가능한 다관능성 아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 이의 비제한적인 예로는 디트리메틸롤프로판 테트라(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에티트리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트 또는 이들의 혼합물과 이들의 알콕시 유도체 등이 있다. 상기 다관능성 모노머의 함량은 잉크 100 중량부 당 3 내지 50 중량부가 바람직하다. 함량이 3 중량부 미만일 경우 필름의 경도와 내화학성이 충분하지 못할 수 있으며, 50 중량부를 초과하는 경우 경화시 필름에 균열에 생길 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 잉크는 당 업계에 알려진 통상적인 (c) 경화개시제 또는 경화촉진제를 사용할 수 있다. 이때, 수용성이거나 유화제에 의해 용해되는 것을 사용할 수 있다. 또한 경화의 개시는 빛, 열, 전자빔 등에 의해 유도될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 경화개시제 또는 경화촉진제는 잉크 100 중량부 당 0.1 내지 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만일 경우 경화가 충분히 일어나지 않을 수 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우 균일한 코팅이 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 상기 잉크의 구성 성분 중 또 다른 하나인 (d) 착색제는 일반적으로 액정 표시 장치의 착색제로 사용되는 모든 성분이 적용 가능하며, 당 업계에 알려진 1종 이상의 안료, 염료, 탄소 블랙 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 착색제는 본 발명의 잉크에 함유되는 상기 구성 성분과 동시에 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 저점도의 모노 또는 디 관능성 모노머에 분산시킨 후 다른 성분들과 혼합하여 사용할 수도 있다. 착색제의 함량은 특별한 제한이 없으나, 순수 안료 함량 기준으로 최대 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3 내지 20 중량부이다. 그 함량이 3 중량부 미만일 경우 필요한 색을 나타내기가 어렵게 되며, 20 중량부를 초과하는 경우 잉크의 점도가 증가하여 형성된 필름의 경도와 내화학성이 충분하지 못할 수 있다.
상기와 같은 성분으로 구성되는 본 발명의 잉크는 잉크의 성능을 개선하기 위하여, 필요에 따라 실리콘계 접착부여제(adhesion promoter), 불소계 계면활성 제, 실리콘계 계면활성제, 분산제, 광증감제, 광안정제, 자외선 흡수제, 생물 오염 방지제, 산소 흡수제 또는 열중합 억제제 등 통상적인 잉크에 사용되는 첨가제를 포함할 수 있으며, 이들의 함량은 특별한 제한이 없다.
전술한 잉크 구성 성분을 통상의 장치, 예컨대 볼 밀(ball mill), 샌드 밀(sand mill), 아토 라이트(atto lighter), 바스켓 밀(basket mill), 롤 밀(roll mill) 등을 사용하여 혼합하거나 또는 일반적인 교반기를 사용하여 미리 분산시킨 착색제를 다른 성분과 혼합하여 잉크를 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 잉크를 잉크젯 장비에 투입한 후 잉크젯 장비의 노즐(nozzle)을 통해 토출시켜 격벽으로 둘러싸인 영역을 채우게 된다.
잉크젯 장비는 특별한 제한이 없으나, 압전(piezo) 소자를 이용한 잉크젯 헤드가 부착되고, 압전 기록 방법의 프린터로 제팅하는 것이 바람직하다. 이때 잉크젯 노즐의 직경(nozzle diameter)은 상기 잉크가 제팅이 되기만 한다면 특별한 제한이 없다. 본 발명의 잉크는 건조 및/또는 경화에 의한 부피 감소가 25% 이하이므로, 가능하면 격벽부의 부피 이상, 바람직하게는 격벽부의 부피 ~ 격벽부의 부피 + 25% 범위로 잉크를 제팅하는 것이 바람직하다. 그러나 상기 범위에 제한되는 것은 아니며, 적절한 범위내에서 조절 가능하다.
이와 같이 잉크로 채워진 격벽은 경화를 통해 칼라 필터의 제조가 완료되는데, 이때 경화는 당 업계의 통상적인 방법, 빛, 열 또는 빛과 열에 따라 이루어질 수 있으며, 또한, 상기 빛 및/또는 열을 이용한 1단계 또는 2단계 이상으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 빛(UV)에 의한 1차 경화 단계를 통해 잉크의 표면부에 존재하는 단량체를 중합시켜 비등점이 높은 고분자를 형성시킨 후, 열처리에 의한 2차 경화 단계에 의해 잉크 내부에 존재하는 단량체의 중합을 완료하는 것이다.
이때 자외선 처리량을 늘릴 경우 자외선에 의해 경화를 완결시킬 수 있으나, 자외선 공정은 열처리에 비해 공정 단가가 비싸므로, 전술한 바와 같이 잉크 구성 성분의 증발을 막는 정도에서 자외선 공정을 최소화하고, 이후 열처리를 수행하여 중합반응을 완료하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제조된 화소부와 격벽부와의 단차는 0.5㎛ 이하인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 전술한 방법에 의해 제조되는 칼라 필터 및 상기 칼라 필터를 구비하는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
이때 상기 칼라 필터는 필요에 따라 보호층이 형성되어 있을 수 있으며, 보호층으로는 빛 경화형, 열 경화형, 광열 병용 경화형의 수지 재료 또는 증착(deposition), 스퍼터링(sputtering) 등에 의해 형성되는 무기막 등일 수 있다.
액정 표시 장치는 상기한 컬러 필터를 구비하는 것으로서, 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제작될 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예 및 실험예에 의거하여 더욱 상세히 설명된다. 단, 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
1-1. 잉크 제조
트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 80 중량부에 분산제로 BYK168 5 중량부 와 착색제로 P. I. Red 254 중량부를 넣고 분산시켜 분산액을 제조하였다. 상기 분산액 33 중량부에 1,6-헥산디올 디아클레이트 35중량부 및 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 2 중량부를 첨가하고, 여기에 가교결합제로 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 15 중량부 및 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 9 중량부, 광개시제로 Irgacure369(Ciba사) 5 중량부, 기타 첨가제로 일본 신에츠사의 실리콘계 계면활성제 KBM 및 일본 DIC사의 불소계 계면활성제 FC를 각각 1 중량부 미만으로 첨가하고 혼합하여 잉크를 제조하였다.
1-2. 칼라 필터 제조 (1)
유리 기판 위에 photolithograpy 방법으로 black matrix 격벽을 형성하였다. 이후 상기 실시예 1-1에서 제조된 잉크를 inkjet 방식으로 블랙 매트릭스(black matrix, photolithography로 제작) 패턴의 내부에 제팅(jetting)하여 화소부를 채운 후 상기 inkjet 패턴 기판에 자외선 조사량을 1500 mJ의 자외선 조사를 실시하여 경화를 완결시켰다. 이러한 방식으로 형성된 화소는 주변 격벽부와 두께 차이가 0.2 ㎛ 이하임을 알 수 있었다. 형성된 pixel의 3차원 측정 사진은 도 5와 같다.
1-3. 칼라 필터 제조 (2)
유리 기판 위에 photolithograpy 방법으로 black matrix 격벽을 형성하였다. 이후 상기 실시예 1-1에서 제조된 잉크를 inkjet 방식으로 블랙 매트릭스(black matrix, photolithography로 제작) 패턴의 내부에 제팅(jetting)하여 화소부를 채운 후 500 mJ의 자외선 조사를 실시하여 1차로 경화 처리한 후 핫 플레이트를 이용하여 120℃에서 3분, oven에서 220℃에서 30분 열처리를 실시하여 경화를 완결시켰 다. 이러한 방식으로 형성된 화소는 주변 격벽부와 두께 차이가 0.2 ㎛ 이하임을 알 수 있었다. 형성된 pixel의 3차원 측정 사진은 도 5와 같다.
비교예 1
액정 표시 장치의 칼라필터 제작에 사용되는 칼라 포토레지스트액(㈜ LG 화학 제조)에 건조 방지제로 글리세롤을 10 중량부를 첨가하였다. 제조된 잉크는 안료 4 중량부, 분산제 1.2 중량부, 바인더 수지 10 중량부로 함유하고, 광개시제로 Irgacure 369(Ciba사) 5 중량부, 기타 첨가제로 일본 신에츠사의 실리콘계 계면활성제 KBM, 일본 DIC사의 불소계 계면활성제 FC를 각각 1 중량부 미만으로 첨가하고, 용매로 프로필렌글리콜 에틸에테르 아세테이트를 60 중량부 이상 함유하고 있다.
실시예 1-1의 잉크 대신 상기 비교예 1의 잉크를 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법에 따라 칼라 필터를 제작하였으며, 이때 제조된 칼라 필터와 격벽부와의 두께 차이는 약 1.5 ㎛를 나타냈다. 따라서, 평탄화에 필요한 오버코트 공정을 실시하여 칼라 필터 제작을 완료하였다.
실험예 1. 잉크의 물성 평가
본 발명에 따른 칼라 필터용 잉크에 대한 물성을 평가하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
우선, 실시예 1에서 제조된 칼라 필터용 잉크에 대하여 자외선을 처리한 경우와 처리하지 않은 경우에 대하여 열 질량 분석을 실시하였다.
자외선을 처리하지 않은 실시예 1의 잉크를 열질량 분석기 (TGA, Thermo gravimetric analyzer)에서 열을 가하면서 질량 감소량을 측정한 결과, LCD 공정에서 일반적으로 사용하는 250℃ 까지 가열하였을 경우 약 35 %의 질량 감소를 보였다(도 3 참조). 반면에 동일한 실시예 1의 잉크를 1차로 자외선 500 mJ 처리를 한 후 동일한 방법에 따라 열 질량 분석기로 질량 감소량을 측정한 결과, 약 12%의 질량 감소를 보였다(도 4 참조).
따라서, 본 발명의 잉크는 빛 조사에 의한 1차 경화만으로도 질량 및 부피 감소가 최소화된 칼라 필터를 제작할 수 있다는 것을 알 수 있으며, 또한 상기 1차 경화 이후에 필요에 따라 2차 경화를 실시할 경우 화소부와 격벽부와의 두께 차이가 최소화된 칼라 필터를 제공할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에서는 칼라 필터 제조시 용매 함량이 최소화된 잉크를 사용함으로써, 기존 공정에서 필수적으로 수행된 평탄화 공정(overcoat)이 불필요할 뿐만 아니라, 화소부와 격벽부와의 두께 차이가 최소화된 칼라 필터를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. (i) 기판상에 복수 개의 격벽부를 형성하는 단계; 및
    (ⅱ) 상기 격벽부로 둘러싸인 내부 영역에, (a) 상온에서 점도가 80cP 이하인 모노머; (d) 착색제; 및 용매 0~20 중량부 범위를 포함하는 잉크를 충전한 후 1차 경화시켜 화소부를 형성하는 단계
    를 포함하는 칼라 필터의 제조방법으로서,
    상기 제조방법은 잉크에 포함된 용매를 제거하는 건조단계(prebake)가 생략되는 것이 특징인 칼라 필터의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 잉크는 잉크젯 제팅(jetting)에 적합한 점도로서, 상온에서 80 cP 이하인 것이 특징인 칼라 필터의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 잉크는 (b) 가교결합이 가능한 모노머; (c) 경화제 또는 경화촉진제; 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함하는 것인 칼라 필터의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (ii)의 잉크 충전단계는 잉크젯(Inkjet) 방식에 의해 격벽부로 둘러싸인 내부 영역에 잉크를 충전하는 것인 칼라 필터의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 1차 경화는 자외선 조사, 열처리, 또는 이들 모두에 의해 경화가 이루어지는 것인 칼라 필터의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제조방법은 1차 경화 이후 열처리에 의한 2차 경화단계를 더 포함하는 것인 칼라 필터의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 제조방법은 자외선 조사에 의한 1차 경화 이후 열처리에 의한 2차 경화단계를 더 포함하여 화소부 형성이 완료되는 것인 칼라 필터의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 경화에 의해 형성된 상기 화소부는 격벽부로 둘러싸인 내부 영역에 충전된 잉크의 부피 100 % 대비 25% 이하로 부피가 감소되는 것이 특징인 칼라 필터의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 화소부와 격벽부와의 단차는 0.5㎛ 이하인 칼라 필터의 제조방법.
  13. 제 1항, 제3항, 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 칼라 필터.
  14. 제 13항의 칼라 필터를 구비하는 액정 표시 장치.
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