KR101134488B1 - 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컬러 필터 제조용 잉크 조성물에 관한 것이다. 본 발명은, 산가가 60 내지 300 ㎎KOH/g인 아크릴계 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명이 제공하는 컬러 필터 제조용 잉크 조성물은, 1 내지 20 중량%의 산가가 60 내지 300 ㎎KOH/g인 아크릴계 바인더 수지; 1 내지 20 중량%의 중합성 단량체; 2 내지 30 중량%의 안료; 0.1 내지 5 중량%의 열중합개시제; 및 40 내지 90 중량%의 고비점 용매;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 고명암비가 구현되고 잉크의 내화학성 및 막강도가 향상되어, 컬러 필터의 안정성 및 기능 개선을 이룰 수 있는 장점이 있다.
컬러 필터, 잉크, 잉크젯, 산가, 바인더, 막강도, 명암비, 내화학성

Description

잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법{Preparation method of color filter by inkjet process}
본 발명은 컬러 필터 제조용 잉크 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정한 범위 내의 산가를 갖는 아크릴계 바인더 수지를 포함함으로써 내화학성, 명암비 및 막강도의 물성 개선을 이룰 수 있는 컬러 필터를 제조할 수 있는 컬러 필터 제조용 잉크 조성물에 관한 것이다.
종래의 컬러 필터 또는 블랙 매트릭스를 제조하는 포토리소그래피 방법은 다음과 같이 진행하는 것이 일반적이다. 즉, 기판에 감광성 조성물을 코팅하고, 진공 건조 공정을 거치면서 코팅층 내의 용매 일부를 제거하고, 핫 플레이트에서 나머지 잔여 용매를 추가적으로 제거한다. 이후, 원하는 패턴 형상을 갖는 마스크를 통해 광에너지를 조사하고, 비노광부를 현상액으로 제거한 후 오븐을 이용하여 베이킹 함으로써 각각의 화소를 제조하고 있다.
이러한 종래의 포토리소그래피 방법에서는 노광 공정 후, 비노광부가 알칼리 현상액에 쉽게 용해될 수 있도록 하기 위해 카르복시기(-COOH)와 같은 산기를 포함하고 있는 바인더를 사용하고 있다.
이러한 종래의 방법은, 컬러 필터의 정교성과 재현성 측면에서는 우수하지만, 화소를 형성하기 위해, 3원색의 안료를 포함하는 각각의 감광성 조성물을 각각 코팅, 노광, 현상 및 경화하는 과정이 요구되어 제조 공정 라인이 너무 길어지고, 공정간 제어 인자가 너무 많아짐에 따라 수율 관리가 용이하지 못하며, 높은 색재현율 구현을 위해 두꺼운 코팅층 형성이 요구되어 실제 생산 공정에서 여러 문제점이 노출되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 잉크젯 헤드를 사용한 액상의 잉크를 기판 상에 프린팅하여 곧바로 원하는 패턴을 형성하는 잉크젯 방식이 제시되고 있다.
잉크젯 방법은 3원색의 안료(R, G 및 B)를 포함하는 잉크를 기판 상에 분사하여 각각의 잉크가 착색된 이미지 부분으로서 원하는 패턴의 화소를 형성하는 방법으로서, 그 제조 공정이 종래의 포토리소그래피 방법에 비하여 현저하게 간소화됨으로써 제조 비용의 절감에 지대한 영향을 미칠 수 있음은 자명하다. 잉크젯 방법은 버블젯 방식과 피에조 방식으로 구분될 수 있다. 버블젯 방식은 전기 열판에 전기를 가하여 산소 거품을 발생시키고, 이 산소 거품이 잉크를 밀어내는 원리로서 수성 잉크에만 적용할 수 있는 한계가 있다. 피에조 방식은 세라믹 압전소자를 이용하여 전기를 가함으로써 발생되는 압력을 이용하여 잉크를 밀어내어 프린팅하는 방식으로서, 버블젯 방식과는 달리 수성 잉크는 물론 유성 잉크 모두에 적용할 수 있는 장점이 있다.
한편, LCD 기술의 발전에 따라 점점 높은 색재현율이 요구되었고, 이에 따라 같은 두께에서 진한 색을 내기 위해 컬러 필터 제조용 잉크 조성물에서의 안료 함 량이 증대되었다. 하지만, 안료 함량이 증대됨에 따라 상대적으로 다른 성분, 즉 바인더 수지, 가교제 등의 함량이 줄어들게 되고, 이러한 함량 변화로 인하여 잉크 도막에 충분한 막강도가 구현되지 않아 인쇄 불량이 발생할 수 있으며, 내화학성이 저하되는 문제가 발생되고 있다. 또한 컬러 필터의 경우에는 고명암비가 요구되고 있는데, 이러한 기능을 충분하게 구현하기 어려운 문제가 발생되고 있다. 특히, 종래의 잉크 조성물 내에 포함되는 안료가 적색 안료인 경우에는 다른 색의 안료에 비하여 내화학성이 상대적으로 더 나빠지는 단점이 지적되고 있는 바, 이러한 기술적 문제를 해결하기 위한 노력이 관련업계에서 꾸준하게 이루어져 왔다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 화면표시장치의 컬러 필터를 잉크젯 공정을 이용하여 제조함에 있어서, 내화학성이 우수하고 높은 명암비를 구현하며, 요구되는 막강도를 갖는 잉크 도막을 형성하고자 함에 있다. 이러한 과제를 해결할 수 있는 컬러 필터 제조용 잉크 조성물을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명이 제공하는 컬러 필터 제조용 잉크 조성물은, 산가가 60 내지 300 ㎎KOH/g인 아크릴계 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명이 제공하는 컬러 필터 제조용 잉크 조성물은, 1 내지 20 중량%의 산가가 60 내지 300 ㎎KOH/g인 아크릴계 바인더 수지; 1 내지 20 중량%의 중합성 단량체; 2 내지 30 중량%의 안료; 0.1 내지 5 중량%의 열중합개시제; 및 40 내지 90 중량%의 고비점 용매;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 아크릴계 바인더 수지는, 그 중량평균분자량이 1,000 내지 200,000이면 바람직하며, 산기, 예컨대 카르복시기(-COOH)를 갖는 (메타)아크릴계 모노머, 측쇄에 에틸렌성 이중결합을 갖고 있는 아크릴계 모노머, 및 (메타)아크릴산 에스테르류 모노머로 이루어진 물질군 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질의 공중합체이면 바람직하다.
이때, 상기 카르복시기(-COOH)를 갖는 (메타)아크릴계 모노머의 구체적인 예로서는, 크로톤산(crotonic acid), 프로피온산(propiolic acid), 메타크릴산(methacrylic acid), 이소크로톤산(isocrotonic acid), 비닐아세트산(vinylacetic acid), 2-펜테온산(2-pentenoic acid), 트랜스-2-펜테온산(trans-2-pentenoic acid), 3-펜테온산(3-pentenoic acid), 트랜스-3-펜테온산(trans-3-pentenoic acid), 알릴릭아세트산(allylacetic acid), 말레산(maleic acid), 푸말산(fumaric acid), 티클산(tiglic acid), 안젤산(angelic acid), 시트라콘산(citraconic acid), 메사콘산(mesaconic acid) 등의 불포화기 함유 카르본산류를 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 (메타)아크릴산 에스테르류 모노머의 구체적인 예로서는, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 알릴(메타)아크릴레이트, 2-에틸 헥실(메타)아크릴레이트, 히드록시 에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시 프로필(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 히드록시 페닐(메타)아크릴레이트, 및 메톡시 페닐(메타)아크릴레이트 등의 물질을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아크릴계 바인더 수지의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 상기 하한에 미달하면 원하는 막강도의 컬러 필터를 얻을 수 없어 바람직하지 못하며, 상기 상한을 초과하면 잉크 조성물의 점도가 높아져 젯팅 특성이 현저히 나빠지므로 바람직하지 못하다.
상기 중합성 단량체는, 에틸렌성 불포화 이중결합을 갖는 다관능성 모노머로서, 그 분자 내에 둘 이상의 부가 중합이 가능한 불포화기를 갖는 관능성 모노머이면 바람직하다. 이때, 이러한 조건을 만족한 중합성 단량체의 구체적인 예로서는, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,3-부탄디올디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 트리메틸롤트리아크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 디트리메틸롤프로판테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트, 또는 이들의 (메타)아크릴레이트 모노머 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 중합성 단량체의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 상기 수치 범위를 만족하면, 함량 미달로 인해 발생될 수 있는 불충분한 가교 진행을 제어할 수 있으며, 함량 초과로 인해 발생되는 중합성 화합물 이외의 기타 잉크 첨가물의 양이 줄어들어 컬러 필터 막의 컬러 및 퍼짐성, 접착성 등의 특성 저하를 방지할 수 있어 바람직하다.
상기 열중합개시제는, 아조계 화합물, 유기 과산화물, 및 과산화수소 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질이 사용되면 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것 은 아니다. 상기 열중합개시제의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 그 함량에 대한 수치 범위를 만족하면, 라디칼이 충분하게 발생되어 열중합이 적절하게 진행되며, 열중합개시제가 용해되지 못함으로 인해 초래될 수 있는 컬러필터 막의 표면 불량을 방지할 수 있어 바람직하다.
상기 고비점 용매는, 그 비점이 150℃ 이상인 저휘발성 용매이면 바람직하며, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 메틸에테르 아세테이트, 메톡시 에탄올, 에톡시 에탄올, 부톡시 에탄올, 부톡시 프로판올, 에톡시 에틸 아세테이트, 및 부톡시 에틸 아세테이트로 이루어진 물질군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질이 사용되면 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 고비점 용매의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 상기 하한에 미달하면 잉크의 점도가 높아져 바람직하지 못하며, 상기 상한을 초과하면 잉크 조성물에서의 고형분 함량이 낮아지므로, 잉크 젯팅시, 충분한 막두께를 얻을 수 없으므로 바람직하지 못하다.
상기 안료는, 적색(red) 안료이면 바람직하다. 상기 안료의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 상기 하한에 미달하면 원하는 색을 구현할 수 없어 바람직하지 못하며, 상기 상한을 초과하면 안료의 고농도화로 인하여, 바인더 수지 등의 성분이 줄어들어 원하는 막강도를 얻을 수 없어 바람직하지 못하다.
본 발명에 따르면, 잉크의 내화학성이 양호하며, 고명암비가 구현되고, 막강도가 향상되어, 컬러 필터의 안정성 및 기능 개선을 이룰 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1
적색 안료 13.1 중량%, 산가가 69.13㎎KOH/g인 아크릴계 바인더 수지 3.7 중량%, 중합성 단량체인 DPHA 7.4 중량%, 열중합 개시제 0.5 중량%, 용매 75.0 중량%, 기타 첨가제 0.3 중량%을 사용하여 잉크젯 잉크 조성물을 만들었다.
실시예 2
산가가 88.89 ㎎KOH/g인 아크릴계 바인더 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 함량을 가지는 잉크젯 잉크 조성물을 만들었다.
비교예 1
산가가 9.04 ㎎KOH/g인 바인더를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 함량을 가지는 잉크젯 잉크 조성물을 만들었다.
비교예 2
산가가 5.95 ㎎KOH/g인 바인더를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 함량을 가지는 잉크젯 잉크 조성물을 만들었다.
비교예 1, 실시예 1 및 2에 대해서는 색차 평가 및 명암비(contrast ratio) 측정 결과를, 비교예 2, 실시예 1 및 2에 대해서는 막강도 측정 결과를 하기 표 1에 각각 나타내었다.
구분 바인더산가(㎎KOH/g) 색차(ΔEab) 명암비 막강도(GPa)
비교예 1 9.04 5.21 2,450 -
비교예 2 5.95 - - 0.28
실시예 1 67.13 2.32 2,770 0.32
실시예 2 88.89 2.54 2,920 0.33
상기 색차 평가는, 다음과 같이 진행하였다. 먼저, 세척한 글래스에 잉크를 도포하고, 90℃에서 3분간 프리베이크(prebake)를 진행한 후, 220℃에서 30분간 포스트베이크(postbake)를 진행하여 도포된 잉크를 완전하게 경화시켰다. 이렇게 얻어진 잉크 도막은 그 두께가 1 내지 2 ㎛로 형성되며, 이를 45℃에서 60분 동안 NMP용액에 침지하고, 건조시킨 후 그 색차(ΔEab)를 관찰하였다. 이렇게 관찰된 색차(ΔEab)가 3.0 미만인 경우에는 양호한 것으로 평가하며, 3.0 이상인 경우에는 불량한 것으로 평가하였다.
상기 명암비는, 상기 비교예 1 및 실시예 1, 2에 따라 각각 준비된 잉크 조성물로 도포된 편광판 2개를 상하부로 배치한 후, 상부 편광판을 회전시켜 하부 편광판과 수직되도록 배치하는 경우와 수평되도록 배치한 때의 각각의 휘도값을 측정하여, 상대적인 값을 계산하였다. 즉, 명암비는, 상하 편광판이 수직 배치된 경우의 광휘도 대비 상하 편광판이 수평 배치된 경우의 광휘도의 상대적 비값으로 나타내었으며, 이러한 명암비가 클수록 색 선명도가 더욱 양호하게 발현될 수 있는 것으로 평가된다.
상기 막강도는, 상기 비교예 2 및 실시예 1, 2에 따라 각각 준비된 잉크 조성물로 도포되어 경화된 잉크막을 나노 인덴터(nano indenter)를 이용하여 측정하였다.
상기 표 1에 나타낸 결과로부터, 비교예 1의 경우에는 색차 평가가 불량한 것으로서, 실시예 1 및 2 모두에서는 색차 평가가 양호하게 나타난 것을 확인할 수 있다. 이로부터 본 발명에 따른 잉크 조성물의 내화학성이 개선되었음을 확인할 수 있다. 한편, 명암비는 비교예 1에 비하여, 실시예 1 및 2 모두에서 더 큰 값이 측정되어 명암비가 개선된 효과도 확인할 수 있다. 또한, 막강도 측정 결과에 따르면, 실시예 1 및 2 모든 경우에서 비교예 2에 비해 상대적으로 강한 막강도가 구현되고 있어 도포된 잉크 도막의 안정성이 강하게 발현된 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. (S1) 1 내지 20 중량%의 산가가 60 내지 300 ㎎KOH/g인 아크릴계 바인더 수지;
    1 내지 20 중량%의 중합성 단량체;
    2 내지 30 중량%의 안료;
    0.1 내지 5 중량%의 열중합개시제; 및
    40 내지 90 중량%의 비점이 150℃ 이상인 고비점 용매;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조용 열경화형 잉크 조성물을 준비하는 단계; 및
    (S2) 상기 열경화형 잉크 조성물을 잉크젯 헤드를 통하여 기판 상에 소정의 패턴으로 프린팅하여 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 아크릴계 바인더 수지는, 그 중량평균분자량이 1,000 내지 200,000인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 아크릴계 바인더 수지는, 산기를 갖는 (메타)아크릴계 모노머, 측쇄에 에틸렌성 이중결합을 갖고 있는 아크릴계 모노머, 및 (메타)아크릴산 에스테르류 모노머의 물질군 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질의 공중합체인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산기를 갖는 (메타)아크릴계 모노머에 포함된 산기는, 카르복시기(-COOH)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카르복시기를 갖는 (메타)아크릴계 모노머는, 크로톤산(crotonic acid), 프로피온산(propiolic acid), 메타크릴산(methacrylic acid), 이소크로톤산(isocrotonic acid), 비닐아세트산(vinylacetic acid), 2-펜테온산(2-pentenoic acid), 트랜스-2-펜테온산(trans-2-pentenoic acid), 3-펜테온산(3-pentenoic acid), 트랜스-3-펜테온산(trans-3-pentenoic acid), 알릴릭아세트산(allylacetic acid), 말레산(maleic acid), 푸말산(fumaric acid), 티클산(tiglic acid), 안젤산(angelic acid), 시트라콘산(citraconic acid), 및 메사콘산(mesaconic acid) 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 메타아크릴산 에스테르류 모노머는, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 알릴(메타)아크릴레이트, 2-에틸 헥실(메타)아크릴레이트, 히드록시 에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시 프로필(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 히드록시 페닐(메타)아크릴레이트, 및 메톡시 페닐(메타)아크릴레이트 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 중합성 단량체는, 에틸렌성 불포화 이중결합을 가지는 다관능성 모노머로서, 분자 내에 둘 이상의 부가중합 가능한 불포화기를 갖는 관능성 모노머인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중합성 단량체는, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,3-부탄디올디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 트리메틸롤트리아크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 디트리메틸롤프로판테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 및 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트로 이루어진 (메타)아크릴레이트 모노머 군 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 열중합개시제는, 아조계 화합물, 유기 과산화물, 및 과산화수소 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  11. 삭제
  12. 제2항에 있어서,
    상기 고비점 용매는, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 메틸에테르 아세테이트, 메톡시 에탄올, 에톡시 에탄올, 부톡시 에탄올, 부톡시 프로판올, 에톡시 에틸 아세테이트, 및 부톡시 에틸 아세테이트로 이루어진 물질군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 안료는, 적색(red) 안료인 것을 특징으로 하는 잉크젯 공정에 의한 컬러필터 형성방법.
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