KR101266196B1 - 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물, 컬러필터 및 이를 구비한액정표시장치 - Google Patents

컬러필터 인쇄용 잉크 조성물, 컬러필터 및 이를 구비한액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 잉크는 2종 또는 그 이상의 아크릴계를 포함한 바인더를 혼합 첨가하여 칙소성을 최소화할 수 있으며, 아크릴계와 폴리에스테르계 수지의 혼합 비율은 95:5~40:60의 중량비로 혼합한 것으로써 내용제성, 내열성 그리고 인쇄성, 특히 연속 공정성이 우수한 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 얻을 수 있다.
컬러필터, 인쇄용 잉크, 아크릴계 및 폴리에스테르계를 포함한 이종의 혼합 바인더 수지, 열경화성 모노머

Description

컬러필터 인쇄용 잉크 조성물, 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치{Printing Ink Composition for Color filter, Color filter, Liquid Crystal Display Device Having the Same}
본 발명은 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 액정표시장치에 있어서, 인쇄법에 의한 컬러필터의 제조에 사용되는 잉크 조성물에 관한 것이다.
종래의 액정표시장치 컬러필터의 투명 착색층을 제작하는 방법에는 포토리소그래피(photolithography)법이 주류를 이루고 있는데, 이 포토리소그래피법은 공정 프로세스가 복잡하고, 패턴 형성에 필요한 재료나 제조설비 등이 고가이기 때문에 제조 비용이 높아지는 문제가 있다. 또한, 패턴 형성 시, 현상처리 등에서 발생하는 폐액의 처리 비용이 높으며, 이 폐액은 환경 보호의 관점에서도 문제가 된다.
따라서 포토리소그래피 법 대신에 저비용이 소요되며, 유해한 폐액 등이 발생되지 않는 패턴 형성 방법에 관한 연구가 이루어 지고 있다. 그 중에서도 인쇄법은 각 색의 잉크를 투명 기판상에 인쇄하고 경화시키는 것만으로 투명 착색층을 제조할 수 있기 때문에 제조 공정이 간단하여 양산성이 우수하고, 컬러필터 제조의 저비용화를 실현할 수 있는 방법으로써 유망하다.
그러나, 종래의 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물은 3000푸아즈(poise, 23℃) 이상의 고점도 폴리에스테르계 바인더 수지를 사용하여 내용제성 및 내열성 등 신뢰성에 한계점을 보이며, 불안정한 칙소성을 갖고 있다. 이는 실제적인 컬러필터 제작 후 후공정상에 신뢰성 문제점을 야기하며, 연속 인쇄 공정시 인쇄 불량으로 인해 그 상용성에 큰 걸림돌이 되어 왔다.
이러한 잉크 조성물의 문제점은 인쇄법에 의한 컬러필터의 약점으로 작용하여, 공정성을 확보할 수 없게 만든다. 이를 개선하기 위해 일본 특개평 8-248217호, 특개평 8-262214, 특개평 10-219169 공보에서는 폴리에스테르에 멜라민, 에폭시, 비스페놀A 등을 포함하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 작용기는 내용제성, 내열성 등 후공정성인 신뢰성에서는 효과가 있으나, 폴리에스테르계 자체의 불안정한 칙소성으로 인해 이를 이용한 잉크의 연속 공정면에서는 만족할 만한 수준은 아니었다.
본 발명자들은 종래 기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 예의 노력한 바, 2종 또는 그 이상의 아크릴계 및 폴리에스테르계를 포함한 바인더를 혼합 첨가하여 칙소성을 최소화할 수 있으며, 특히 아크릴계와 폴리에스테르계 수지의 혼합 비율이 상당한 임계적 의미를 갖고 있어, 95:5~40:60의 중량비 범위내로 혼합 한 경우에 내용제성, 내열성 그리고 인쇄성, 특히 연속 공정성이 우수한 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 얻을 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은 연속 공정성이 우수한 투명 착색층을 형성할 수 있는 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 아크릴계 바인더 수지(a-1)와 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)가 95:5~40:60의 중량비로 혼합된 바인더 수지(a) 10~50중량%, 열경화성 모노머(b) 10~55중량%, 착색제(c) 20~65중량%, 및 용제(d) 10~50중량%를 포함하여 이루어진 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 제공한다.
또한, 아크릴계 바인더 수지(a-1)의 폴리스티렌 환산법에 의한 중량평균분자량이 4,000~30,000인 것을 특징으로 하는 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 제공한다.
또한, 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)의 폴리스티렌 환산법에 의한 중량평균분자량이 4,000~20,000인 것을 특징으로 하는 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 제공한다.
또한, 상기 아크릴계 바인더 수지(a-1)와 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)가 75:25~45:55의 중량비로 혼합된 바인더 수지(a)인 것을 특징으로 하는 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 사용하여, 인쇄법에 의하여 투명 기판의 패턴 상에 형성되는 복수의 투명 착색층을 포함하는 컬러필터를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 컬러필터를 구비한 액정표시장치를 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명이므로, 비록 단정적, 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위가 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일실시예에 따른 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물은, 아크릴계 바인더 수지(a-1)와 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)가 95:5~40:60의 중량비로 혼합된 바인더 수지(a) 10~50중량%, 열경화성 모노머(b) 10~55중량%, 착색제(c) 20~65중량%, 및 용제(d) 10~50중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이외에도 본 기술분야에서 알려진 다양한 첨가제 등이 추가될 수 있다.
본 발명에 사용되는 아크릴계 바인더 수지(a-1) 및 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)는 본 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 것이라면 어떠한 것이라도 제한 없이　사용할 수 있다. 종래의 폴리에스테르계 바인더 수지에 대한 문제점을 해결하기 위해 각고의 노력을 한 결과, 아크릴계 바인더 수지와 폴리에스테르계 바인더 수지를 혼합하여 사용하는 경우가 잉크 조성물로서의 물성이 상당히 우수한 것을 발견하였다.
보다 바람직한 아크릴계 바인더 수지(a-1)를 구성하는 모노머의 예로는, 아크릴산, 메타크릴산, 에틸글리시딜에테르아크릴레이트, 에틸글리시딜에테르메타크릴레이트, 프로필글리시딜에테르아크릴레이트, 프로필글리시딜에테르메타크릴레이트, 부틸글리시딜에테르메타크릴레이트 등의 탄소수 2~8의 알킬글리시딜에테르아크릴레이트; 벤즈이미다졸, 메틸메타크릴레이트, 메틸알콜아크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 페닐글리시딜에테르아크릴레이트, 페닐글리시딜에테르메타크릴레이트; 트리시클로데실메타크릴레이트, 페닐아크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 2 또는 4-메톡시페닐아크릴레이트, 2 또는 4-메톡시페닐메타크릴레이트, 2 또는 4-메톡시벤질아크릴레이트, 2 또는 4-메톡시벤질메타크릴레이트, 2 또는 4-에톡시페닐아크릴레이트, 2 또는 4-에톡시페닐메타크릴레이트, 2 또는 4-에톡시벤질아크릴레이트, 2 또는 4-에톡시벤질메타크릴레이트, 2 또는 4-클로로페닐아크릴레이트, 2 또는 4-클로로페닐메타크릴레이트, 2 또는 4-클로로벤질아크릴레이트, 2 또는 4-클로로벤질메타크릴레이트, 2 또는 4-브로모페닐아크릴레이트, 2 또는 4-브로모페닐메타크릴레이트, 2 또는 4-브로모벤질아 크릴레이트, 2 또는 4-브로모벤질메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
본 발명의 아크릴계 바인더 수지(a-1)는 상기에 예시한 모노머 중 하나 이상을 포함하여 중합된 수지이며, 이의 폴리스티렌 환산법에 의한 중량 평균 분자량은 4,000~30,000이 바람직하다. 분자량이 상기와 같은 범위일 때 잉크의 점도 조절이 용이하고 틱소트로피성이 우수하여 인쇄시 잉크의 전이를 매끄럽게 할 수 있는 점에서, 상기 분자량 범위는 임계적 의미를 갖고 있다.
폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)는 다염기산과 다가 알콜을 중축합하고 얻어지며, 상기 다염기산의 예로는 무수프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산 등의 방향족계 포화 이염기산, 무수 말레인산, 푸마르산, 이타콘산, 시크라콘산 등의 불포화 이염기산, 무수트리메리트산 등의 3염기산 등을 사용할 수 있다. 또한 아디핀산, 아제라인산, 세바신산, 테트라히드로무수프탈산, 헥사히드로무수프탈산, 테트라클로로무수프탈산 등의 지방족계 포화 이염기산을 상기의 다 염기산 유도체와 병용할 수 있다. 한편, 다가 알콜로서는 측쇄를 가지는 디올 또는 산가 이상의 폴리올을 조합시키고 사용한다. 측쇄를 가지는 디올의 예로는 네오펜틸글리콜(Neo-pentyl glycol), 1,4-부탄디올(1,4-butanediol), 프로필렌글리콜(Propylene glycol) 등이며, 3가 이상의 폴리올으로서는 트리메티롤프로판(Trimethyrol propane), 펜타에리스리톨(Pentaerythritol), 글리세린(glycerin) 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)는 상기에 예시한 다염기산과 다가 알콜 모노머 중 하나 이상을 포함하는 수지이며, 이의 폴리스티렌 환산법에 의한 중량 평균 분자량은 4,000~20,000이 바람직하며, 분자량이 상기와 같은 범위 일 때 아크릴계 바인더 수지(a-1)와 유기적으로 혼합되어 파생되는 물성, 즉 잉크의 점도 조절이 용이하고 틱소트로피성이 우수하여 인쇄시 잉크의 전이를 매끄럽게 할 수 있는 점에서, 상기 분자량 범위는 임계적 의미를 갖고 있다.
본 발명의 잉크 조성물에서 아크릴계 바인더 수지(a-1)와 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)의 혼합 비율은 특히 잉크 조성물의 물성을 좌우하는 매우 중요한 인자로 작용한다. 잉크 조성물로 상용화될 수 있는 임계적 수치를 연구한 결과, 아크릴계 바인더 수지(a-1)와 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)의 혼합 비율은 95:5~40:60, 아크릴계 바인더 수지(a-1)가 상기 범위보다 많을 경우에는 내화학성 및 내열성이 우수하나 피인쇄물(여기서는 유리)로의 전사량이 많아져 막두께 조절이 용이하지 않아 인쇄 얼룩이 발생하는 문제가 발생하며, 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)가 상기 범위보다 많을 경우에는 내화학성, 내열성은 떨어지기 때문에 바람직하지 않다. 특히 바람직하게는 75:25~45:55 범위이고, 상기 범위에서 연속 인쇄성이 특히 양호하다.
바인더 수지의 함량은 조성물 총중량에 대하여 10~50중량%이고, 바람직하게는 10~35중량%이다. 만일 그 함량이 10중량% 미만이면 도포막 형성이 잘 되지 않는 문제가 있으며, 50중량%를 초과하게 되면 고점도로 인해서 전사 불량 혹은 연속 인쇄시 인쇄성의 안정성 등에 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 잉크 조성물에 사용되는 열경화성 모노머(b)로는 2개 이상의 관 능기를 갖는 (메타)아크릴레이트 모노머가 바람직하다. 본 발명의 잉크 조성물은 2개 이상의 관능기를 갖는 (메타)아크릴레이트 모노머를 포함하기 때문에 별도의 열경화제의 첨가 없이도 내용제성과 내열성이 우수한 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 얻는 것이 가능하다.
이의 예로서는 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,3-부탄디올디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 트리에틸롤프로판트리아크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트, 디트리메틸롤프로판테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥실아크릴레이트 및 이들의 메타크릴레이트 모노머 등을 들 수 있다.
이들 중에서도 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트, 및 이들의 메타크릴레이트 모노머 등의 5개 이상의 관능기를 갖는(메타)아크릴레이트가 열경화 후 가교밀도가 높아서 고열 및 각종 용제로부터 안정한 박막을 형성할 수 있으므로 더욱 바람직하다.
상기에서 예시된 모노머는 1종 이상이 본 발명의 (b) 열경화성 모노머로 사용될 수 있다.
상기 열경화성 모노머(b)의 함량비는 조성물 총 중량에 대하여 10~55중량%이고, 바람직하게는 20~43중량%가 바람직하다. 열경화성 모노머의 함량비가 10중량% 미만일 경우, 인쇄 후 도막의 경도가 취약하여 외부 환경에 의해 쉽게 손상될 우려가 있으며, 55중량%를 초과할 경우, 안료 분산이 제대로 이루어지지 않는 점에서 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용될 수 있는 착색제(c)는 이 분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않으며, 유기 안료 또는 무기 안료를 포함할 수 있다.
유기 안료에는 컬러 인덱스(The Society of Dyers and Colorists 출판)에서 피그먼트(pigment)로 분류되어 있는 화합물 중, 예컨대 C.I. 피그먼트 옐로우 1, C.I. 피그먼트 옐로우 3, C.I. 피그먼트 옐로우 12, C.I. 피그먼트 옐로우 13, C.I. 피그먼트 옐로우 14, C.I. 피그먼트 옐로우 15, C.I. 피그먼트 옐로우 16, C.I. 피그먼트 옐로우 17, C.I. 피그먼트 옐로우 20, C.I. 피그먼트 옐로우 24, C.I. 피그먼트 옐로우 31, C.I. 피그먼트 옐로우 53, C.I. 피그먼트 옐로우 83, C.I. 피그먼트 옐로우 86, C.I.피그먼트 옐로우 93, C.I. 피그먼트 옐로우 94, C.I. 피그먼트 옐로우 109, C.I. 피그먼트 옐로우 110, C.I. 피그먼트 옐로우 117, C.I. 피그먼트 옐로우 125, C.I. 피그먼트 옐로우 128, C.I.피그먼트 옐로우 137, C.I. 피그먼트 옐로우 138, C.I. 피그먼트 옐로우 139, C.I. 피그먼트 옐로우 147, C.I. 피그먼트 옐로우 148, C.I. 피그먼트 옐로우 150, C.I. 피그먼트 옐로우 153, C.I 피그먼트 옐로우 154, C.I. 피그먼트 옐로우 166, C.I. 피그먼트 옐로우 173, 피그먼트 옐로우 180, 피그먼트 옐로우 185, C.I. 피그먼트 옐로우 194, C.I. 피그먼트 옐로우 214 등의 황색 안료;
C.I. 피그먼트 오렌지 13, C.I. 피그먼트 오렌지 31, C.I. 피그먼트 오렌 지 36, C.I. 피그먼트 오렌지 38, C.I. 피그먼트 오렌지 40, C.I. 피그먼트 오렌지 42, C.I. 피그먼트 오렌지 43, C.I. 피그먼트 오렌지 51, C.I. 피그먼트 오렌지 55, C.I. 피그먼트 오렌지 59, C.I. 피그먼트 오렌지 61, C.I. 피그먼트 오렌지 64, C.I. 피그먼트 오렌지 65, C.I. 피그먼트 오렌지 71, C.I. 피그먼트 오렌지 73 등의 오렌지색의 안료;
C.I. 피그먼트 레드 9, C.I. 피그먼트 레드 97, C.I. 피그먼트 레드 105, C.I. 피그먼트 레드 122, C.I.피그먼트 레드 123, C.I. 피그먼트 레드 144, C.I. 피그먼트 레드 149, C.I. 피그먼트 레드 166, C.I. 피그먼트 레드 168, C.I 피그먼트 레드 176, C.I. 피그먼트 레드 177, C.I. 피그먼트 레드 180, C.I. 피그먼트 레드 192, C.I. 피그먼트 레드 209, C.I. 피그먼트 레드 215, C.I. 피그먼트 레드 216, C.I. 피그먼트 레드 224, C.I. 피그먼트 레드 242, C.I 피그먼트 레드 254, 피그먼트 레드 255, C.I. 피그먼트 레드 264, C.I. 피그먼트 레드 265 등의 적색 안료;
C.I. 피그먼트 블루 15, C.I. 피그먼트 블루 15:3, C.I. 피그먼트 블루 15:4, C.I. 피그먼트 블루 15:6, C.I. 피그먼트 블루 60 등의 청색 안료;
C.I. 피그먼트 바이올렛 1, C.I. 피그먼트 바이올렛 19, C.I. 피그먼트 바이올렛 23, C.I. 피그먼트 바이올렛 29, C.I. 피그먼트 바이올렛 32, C.I. 피그먼트 바이올렛 36, C.I. 피그먼트 바이올렛 38 등의 바이올렛색 안료;
C.I. 피그먼트 그린 7, C.I. 피그먼트 그린 36 등의 녹색 안료;
C.I. 피그먼트 브라운 23, C.I. 피그먼트 브라운 25 등의 브라운색 안료;
C.I. 피그먼트 블랙 1, C.I. 피그먼트 블랙 7 등의 흑색 안료 등을 들 수 있다.
이들 중에서, 적색 화소를 형성하기 위해서는 C.I. 피그먼트 레드 254, C.I. 피그먼트 레드 209, C.I. 피그먼트 레드 242, 및 피그먼트 레드 177에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하고, 녹색 화소를 형성하기 위해서는 C.I. 피그먼트 그린 36, C.I. 피그먼트 그린 7, C.I. 피그먼트 옐로우 150, 및 C.I. 피그먼트 옐로우 138에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하고, 청색 화소를 형성하기 위해서는 C.I. 피그먼트 블루 15:3, C.I. 피그먼트 블루 15:6, 및 피그먼트 바이올렛 23 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.
무기 안료에는 산화티탄, 티탄블랙, 카본블랙 등이 포함될 수 있으며, 이 중에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있다.
유기 안료 또는 무기 안료는, 필요에 따라 레진 처리, 산성 기 또는 염기성 기가 도입된 안료 유도체 등을 이용한 표면 처리, 고분자 화합물 등에 의한 안료 표면에의 그라프트 처리, 황산미립화법 등에 의한 미립화 처리 또는 불순물을 제거하기 위한 유기 용매나 물 등에 의한 세정 처리, 이온 교환법 등에 의한 이온성 불순물의 제거 처리 등을 실시할 수도 있다. 착색제로서 사용되는 안료는 그 입경이 균일하고 입자 사이즈가 작은 것이 바람직하며, 이를 위해서는 계면 활성제를 안료 분산제로서 사용하여 분산 처리하는 방법이 있다.
본 발명에서 사용되는 착색제의 함량은 조성물 총 중량에 대하여 20~65중량%가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 레드 잉크일 경우는 25~50중량%, 그린 잉크일 경우는 25~50중량%, 블루 잉크일 경우는 20~40%가 좋다. 상기 범위 내에서의 잉크는 원하는 색좌표값을 얻기에 유리하며 안료분산도 효율적인 점에서 바람직하다. 그러나, 착색제의 함량이 20중량% 미만이면 막두께가 상승하여 색 대비율(Contrast ratio) 및 휘도가 낮아지는 점이 문제가 되며, 65중량%를 초과하면 인쇄성 및 건조성이 나빠져 연속 인쇄의 문제가 발생한다.
본 발명의 잉크 조성물에 함유되는 용제(d)는 이 분야에서 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으며 각종 유기 용제를 사용할 수 있다.
구체적인 예로는 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 디프로필렌글리콜n-부틸에테르, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 트리프로필렌글리콜n-부틸에테르, 프로필렌글리콜페닐에테르 등의 알킬렌글리콜알킬에테르류;
메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 1,3-부틸렌글리콜디아 세테이트, 메톡시부틸아세테이트, 메톡시펜틸아세테이트 등의 아세테이트류;
디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에틸아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노프로필에테르아세테이트 등의 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류;
벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소류;
메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류;
에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥사놀, 시클로헥사놀, 에틸렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 글리세린 등의 알콜류;
3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸 등의 에스테르류;
γ-부티롤락톤 등의 환상 에스테르류 등을 들 수 있다.
이들 (d) 용제는 각각 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있지만, 도포성, 건조성 면에서 비점이 200~300℃인 것을 적어도 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 비점이 200~300℃인 용제로는 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 디프로필렌글리콜n-부틸에테르, 트리프로필렌글리콜n-부틸에테르, 프로필렌글리콜페닐에테르, 디프로필렌글리콜메틸에틸아세테이트, 1,3-부틸렌글리콜디아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글 리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 1,3-부틸렌글리콜 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용제(d)의 함량은 조성물의 총중량에 대하여 10~50중량%, 바람직하게는 20~40중량%이다. 용제의 함유량이 상기 범위이면 인쇄에 적합한 점도를 구현하는데 용이한 점에서 바람직하다. 그러나, 용제의 함량이 10중량% 미만이면 피인쇄체로의 전사가 원활하게 이루어지지 않아 전사성 불량을 야기하여 인쇄성이 문제가 되며, 50중량%를 초과하면 잉크의 전체 점도가 낮아져서 블랭킷(Blanket)으로의 전이가 원활하게 이루어지지 않아 인쇄성에 문제가 발생한다.
본 발명의 착색 감광성 수지 조성물에는, 필요에 따라, 충진제, 다른 고분자 화합물, 안료 분산제, 밀착 촉진제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 응집 방지제 등의 첨가제를 전체 잉크 조성물 100중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부를 포함해도 된다.
상기 충진제의 구체적인 예는 유리, 실리카, 알루미나 등이 예시된다.
상기의 다른 고분자 화합물로서는 구체적으로 에폭시 수지, 말레이미드 수지 등의 경화성 수지, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌글리콜모노알킬에테르, 폴리플루오로알킬아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등의 열가소성 수지 등을 들 수 있다.
상기 안료 분산제로는 시판되는 계면 활성제를 이용할 수 있고, 예를 들면 실리콘계, 불소계, 에스테르계, 양이온계, 음이온계, 비이온계, 양성 등의 계면 활성제 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다.
상기 계면 활성제로는, 예를 들면 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르류, 폴리에틸렌글리콜 디에스테르류, 소르비탄 지방상 에스테르류, 지방산 변성 폴리에스테르류, 3급 아민 변성 폴리우레탄류, 폴리에틸렌이민류 등이 있으며 이외에, 상품명으로 KP(신에쯔 가가꾸 고교㈜ 제조), 폴리플로우(POLYFLOW, 교에이샤 가가꾸㈜ 제조), 에프톱(EFTOP, 토켐 프로덕츠사 제조), 메가팩(MEGAFAC, 다이닛본 잉크 가가꾸 고교㈜ 제조), 플로라드(Flourad, 스미또모 쓰리엠㈜ 제조), 아사히가드(Asahi guard), 서플론(Surflon)(이상, 아사히 글라스㈜ 제조), 솔스퍼스(SOLSPERSE, 제네까㈜ 제조), EFKA(EFKA 케미칼스사 제조), PB 821(아지노모또㈜ 제조) 등을 들 수 있다.
상기 밀착 촉진제로는, 예를 들면, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
상기 산화 방지제로는 예를 들면, 2,2'-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀 등을 들 수 있다.
상기 자외선 흡수제로는 예를 들면, 2-(3-tert-부틸-2-히드록시-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 알콕시벤조페논 등을 들 수 있다.
상기 응집 방지제로는 예를 들면, 폴리아크릴산 나트륨 등을 들 수 있다.
액정표시장치의 컬러필터의 투명 착색층은 본 발명의 잉크를 사용하고 요판 및 오프셋 블랭킷(offset blanket)을 이용한 요판 오프셋 인쇄법에 의하여 상기 잉크를 투명 기판상에 인쇄한 후 150~250℃의 온도로 가열함으로써 형성할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 컬러필터를 설명한다.
본 발명에 따른 컬러필터는 전술한 잉크 조성물을 사용하여, 인쇄법에 의하여 투명기판의 패턴 상에 형성되는 복수의 투명층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 패턴 형성방법은 전술한 바에 의하고 자세한 설명은 생략한다. 컬러 필터는 통상 블랙 매트릭스 및 적색, 녹색 및 청색의 3원색 화소를 기판상에 배치한 것이지만, 어느 색에 상당하는 착색 재료를 포함하는 본 발명의 잉크 조성물을 사용함으로써 그 색의 블랙 매트릭스 또는 화소를 얻고, 다른 색에 대해서도 목적하는 색에 상당하는 착색 재료를 포함하는 본 발명의 잉크 조성물을 사용하여 블랙 매트릭스 및 3원색 화소를 기판상에 배치할 수 있다. 물론, 블랙 매트릭스 및 3원색 중 어느 1색, 2색 또는 3색에만 본 발명의 잉크 조성물을 적용할 수도 있다.
또한, 차광층인 블랙 매트릭스는, 본 발명의 흑색으로 착색된 잉크 조성물을 사용할 수도 있다.
본 발명의 잉크 조성물을 사용하여 제조된 컬러필터는 면내의 막 두께차가 적고, 예를 들면 1 내지 3㎛의 막 두께로 면내 막 두께차를 0.15㎛ 이하, 나아가 0.05㎛ 이하로 할 수 있다. 따라서, 이렇게 해서 얻어지는 컬러필터는 평활성이 우수하고, 이것을 컬러 액정표시장치에 조립함으로써 우수한 품질의 액정표시장치를 높은 수율로 제조할 수 있다.
본 발명은 전술한 컬러필터를 구비한 액정표시장치도 권리에 포함하고 있다.
본 발명의 액정표시장치는 전술한 컬러필터를 구비한 것을 제외하고는 본 기술분야에서 알려진 구성을 포함한다. 즉, 본 발명의 컬러필터를 적용할 수 있는 액정표시장치는 모두 본 발명에 포함된다. 일례로, 박막트랜지스터(TFT소자), 화소전극 및 배향층을 구비한 대향전극기판을 소정의 간격으로 마주 향하게 하고, 이 간극부에 액정재료를 주입하여 액정층으로 한 투과형의 액정표시장치를 들 수 있다. 또한, 컬러필터의 기판과 착색층 사이에 반사층을 설치한 반사형의 액정표시장치도 있다.
또 다른 일례로, 컬러필터의 투명 전극 위에 합쳐진 TFT(박막 트랜지스터:Thin Film Transistor) 기판 및, TFT 기판이 컬러필터와 중첩하는 위치에 고정된 백라이트를 포함한 액정표시장치를 들 수 있다. 상기 TFT 기판은 컬러필터의 주변 표면을 둘러싸는 광방지 수지(light-proof resin)로 이루어진 외부 프레임,　외부 프레임 내에 부과된 네마틱 액정으로 이루어진 액정층, 액정층의 각 영역마다 제공된 다수의 화소 전극, 화소 전극이 형성된 투명 유리 기판, 및 투명 유리 기판의 노출된 표면 위에 형성된 편광판을 구비할 수 있다.
편광판은 수직으로 가로지르는 편광 방향을 가지며, 폴리비닐알콜과 같은 유기 재료로 구성되어 있다. 다수의 화소 전극은 각각 TFT 기판의 유리 기판위에 형성된 복수의 박막 트랜지스터와 연결되어 있다. 만일 특정의 화소 전극에 소정의 전위차가 적용되면, 소정의 전압이 특정 화소 전극과 투명 전극사이에 적용된다. 따라서, 전압에 따라 형성된 전기장이 액정층의 특정 화소 전극에 해당하는 영역의 배향을 변화시킨다.
이하에서, 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시를 위한 것으로서, 본 발명의 범 위는 이들 실시 형태에 의해 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구 범위에 표시되었고, 특허청구 범위의 기재와 균등한 의미 및 그 범위에 속하는 모든 변경을 포함한다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
(수지a-1의 합성)
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 플라스크에 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 182g을 도입하여, 플라스크내 분위기를 공기에서 질소로 한 후, 100℃로 승온 후 벤질메타크릴레이트 82.5g(0.40몰), 메틸메타크릴산 42.0g(0.40몰), 벤즈이미다졸 18.9g(0.10몰), 메틸알콜아크릴레이트 13.0g(0.10몰) 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 136g을 포함하는 혼합물에 아조비스이소부티로니트릴 3.6g을 첨가한 용액을 적하 로트로부터 2시간에 걸쳐 플라스크에 적하하여 100℃에서 5시간 더 교반을 계속하였다. 이어서, 플라스크내 분위기를 질소에서 공기로 하고, 글리시딜메타크릴레이트 30g [0.2몰, (본 반응에 사용한 메타크릴산의 카르복실기에 대하여 50몰%)], 트리스디메틸아미노메틸페놀 0.9g 및 히드로퀴논 0.145g을 플라스크내에 투입하여 110℃에서 6시간 반응을 계속하여 수지 a-1를 얻었다. GPC에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량은 9,000이고, 분자량 분포(Mw/Mn)는 2.3이었다.
(수지a-2의 합성)
교반기, 온도계 환류 냉각관, 딘 스탁(dean-stark) 및 질소 도입관을 구비한 플라스크에 플라스크내 분위기를 공기에서 질소로 한 후, 무수 트리메리트산 178.3g(0.90몰), 아디핀산 13.7g(0.90몰), 네오펜틸글리콜 156.6g(1.44몰), 무수프탈산 13.5g(0.90몰) 및 크실렌 30g을 포함하는 혼합물을 200℃에서 4시간동안 가열 환류하여 중합시켰다. 이어서 100℃로 냉각한 후 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 300g을 첨가하여 수지 a-2를 얻었다. GPC에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량은 16,000이고, 분자량 분포(Mw/Mn)는 3.4이었다.
실시예 1: 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물의 제조
(a) 아크릴계 바인더 수지(a-1)과 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)의 비가 90:10, (b) 열경화성 모노머로서 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트(KAYARAD DPHA; 닛본 카야꾸 ㈜ 제조), (c) 착색제로서 C.I. 피그먼트 레드 254, C.I. 피크먼트 레드 177와 C.I. 피크먼트 옐로우 150의 43:42:15 혼합물, (d) 용제로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트와 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트의 1:8 혼합물을 표 1에 나타난 비율로 혼합하여 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 2: 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물의 제조
(a) (a-1):(a-2)가 80:20을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 3: 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물의 제조
(a) (a-1):(a-2)가 70:30을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 4: 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물의 제조
(a) (a-1):(a-2)가 60:40을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 5: 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물의 제조
(a) (a-1):(a-2)가 50:50을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 6: 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물의 제조
(a) (a-1):(a-2)가 40:60을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예 1: 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물의 제조
(a) 아크릴계 바인더 수지로서 (a-1)만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예 2: 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물의 제조
(a) 폴리에스테르계 바인더 수지로서 (a-2)만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예 3: 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물의 제조
(a) (a-1):(a-2)가 30:70을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2 비교예 3
(a-1) 아크릴계
바인더 수지		 21.6 19.2 16.8 14.4 12.0 9.6 24.0 - 7.2
(a-2) 폴리에스테르계
바인더 수지		 2.4 4.8 7.2 9.6 12.0 14.4 - 24.0 16.8
(b) 열경화성
모노머		 16.0 16.0 16.0 16.0 16.0 16.0 16.0 16.0 16.0
(c) 착색제 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0
(d) 용제 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0
(a-1):(a-2) 90:10 80:20 70:30 60:40 50:50 40:60 - - 30:70
(단위: 중량%)
시험예 .
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 잉크 조성물을 이용하여 오프셋 블랭킷(offset blanket)을 이용한 요판 오프셋 인쇄법에 의하여 투명 기판상에 인쇄한 후 220℃의 온도로 가열함으로써 1.9㎛의 액정표시장치의 컬러필터용 투명 착색층을 형성하였다.
(1) 직선성의 평가
직선성은 초심도 컬러 3D 형상 측정 현미경인 VK-9500(Keyence사)을 이용했다. 측정 방법은 인쇄된 샘플의 각 서브픽셀(sub pixel)을 50배율로 측정한 후, 선폭의 중심 라인(A라인)을 기준으로 옆 선의 굴곡선에서 중심 라인과 가장 가까운 지점을 기준으로 중심 라인과 평행한 선을 긋고 이를 B라인이라고 한다. 이 B라인에서 A라인 반대편으로 벗어나 있는 영역의 면적을 계산하여 직진성을 평가했다. 즉, 이상적인 직선성을 나타낼 경우 이때의 값은 0이 된다. 평가의 정확성을 위해 5회 이상 측정하여 평균값을 취했다. 상기의 직선성에 대한 평가 기준은 하기 표 2과 같다. 그 결과를 표 7에 나타냈다.
면적(A / μｍ2)
◎ 0< A ≤ 200
○ 200 < A ≤ 400
△ 400 < A ≤ 500
× 500 < A ≤ 600
×× 600 < A
(2) 연필 경도의 평가
연필 경도 측정기(Pencil hardness tester; ㈜석보과학)를 이용하여 45°각도로 KS G 2630(연필)에 규정된 연필의 심을 대고 하중 1kg으로 도면에 누르면서 이동하여 표면을 긁어서 평가했다. 연필 경도의 평가 기준은 하기 표 3와 같다. 그 결과를 표 7에 나타냈다.
경도
◎ 3H< A
○ H < A ≤ 3H
△ B < A ≤ H
× 3B < A ≤ B
×× A ≤ 3B
(3) 내용제성의 평가
내용제성은 n-메틸 2-피롤리돈(NMP), 이소프로필알콜(IPA), 감마부틸로락톤(GBL) 각 용제를 23℃로 일정하게 유지한 후, 30분간 침지하여 색 변화(△E*ab)를 측정했다. 이때 측정 장비는 미세 분광광도계(Microscopic Spectrophotometer; 모델 No. OSP-SP2000, 올림푸스사)를 이용하여 내용제성 평가 전 후의 CIE 색좌표 값을 각각 측정하여 다음의 수학식 1을 통해서 색변화(색차) 정도를 확인했다.
△E*ab = [(△L*)2+(△a*)2+(△b*)2]1/2
내용제성 평가 기준은 하기 표 4와 같다. 그 결과를 표 7에 나타냈다.
△E*ab
◎ △E*ab < 1.5
○ 1.5 < △E*ab ≤ 2.0
△ 2.0< △E*ab ≤ 2.5
× 2.5 < △E*ab ≤ 3.0
× × 3.0 < △E*ab
(4) 내열성의 평가
230℃ 오븐에 2시간 방치한 후 색 변화(△E*ab)를 측정했다. 이때 측정 장비는 미세 분광광도계(Microscopic Spectrophotometer; 모델 No. OSP-SP2000, Olympus(사))를 이용하여 내용제성 평가 전 후의 CIE 색좌표 값을 각각 측정하여 상기의 수학식 1을 통해서 색변화(색차) 정도를 확인했다. 내열성의 평가 기준은 하기 표 5과 같다. 그 결과를 표 7에 나타냈다.
△E*ab
◎ △E*ab < 0.8
○ 0.8 < △E*ab ≤ 0.9
△ 0.9 < △E*ab ≤ 1.0
× 1.0 < △E*ab ≤ 1.1
×× 1.2 < △E*ab
(5) 연속 인쇄성의 평가
연속인쇄성은 오프셋 블랭킷(offset blanket)을 이용한 요판 오프셋 인쇄법에 의하여 선폭의 변함없이 유리기판에 인쇄 가능한 최대 횟수를 확인했다. 연속인쇄성의 평가 기준은 하기 표 6과 같다. 그 결과를 표 7에 나타냈다.
인쇄 횟수
◎ 500 < A
○ 250 < A≤ 500
△ 100 < A≤ 250
× 50 < A≤ 100
×× A < 50
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2 비교예 3
내용
제성
 IPA ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ ○
NMP ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ ◎ x x
GBL ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ xx ○
직선성 △ ○ ○ ◎ ◎ ◎ xx △ △
내열성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ ◎ x △
경도 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ ◎ xx x
연속 인쇄성 △ ○ ◎ ◎ ◎ ○ x △ △
본 발명의 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 사용하면, 내용제성, 내열성 그리고 인쇄성, 특히 연속 공정성이 우수한 투명 착색층을 용이하게 형성할 수 있기 때문에 컬러필터를 보다 경제적으로 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 아크릴계 바인더 수지(a-1)와 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)가 95:5~40:60의 중량비로 혼합된 바인더 수지(a) 10~50중량%, 열경화성 모노머(b) 10~55중량%, 착색제(c) 20~65중량%, 및 용제(d) 10~50중량%를 포함하여 이루어진 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 아크릴계 바인더 수지(a-1)의 폴리스티렌 환산법에 의한 중량평균분자량이 4,000~30,000인 것을 특징으로 하는 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)의 폴리스티렌 환산법에 의한 중량평균분자량이 4,000~20,000인 것을 특징으로 하는 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 아크릴계 바인더 수지(a-1)와 폴리에스테르계 바인더 수지(a-2)가 75:25~45:55의 중량비로 혼합된 바인더 수지(a)인 것을 특징으로 하는 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 컬러필터 인쇄용 잉크 조성물을 사용하여, 인쇄법에 의하여 투명 기판의 패턴 상에 형성되는 복수의 투명 착색층을 포함하는 컬러필터.
  6. 제5항의 컬러필터를 구비한 액정표시장치.
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