KR101270701B1 - 컬러필터용 안료 염료 혼합형 잉크 조성물 및 그로부터 제조되는 컬러필터 - Google Patents

컬러필터용 안료 염료 혼합형 잉크 조성물 및 그로부터 제조되는 컬러필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물 및 그로부터 제조되는 컬러필터에 관한 것으로서, 본 발명의 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물은 안료, 염료, 바인더, 용제, 및 분산제를 포함하며, 상기 바인더는 특정 구조의 자가 열경화형 유기실란 용매; 및 에폭시기를 갖는 아크릴레이트 제1 단량체와 친수성기를 갖는 아크릴레이트 화합물, (메타)아크릴산 C1~10알킬 에스테르 화합물, (메타)아크릴산 C1~11환형알킬 에스테르 화합물, 불포화 방향족 화합물 및 불포화 카르복실산 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 제2 단량체를 중합시켜 형성되는 반복단위를 포함하는 공중합체;를 포함한다. 본 발명의 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물은 기존의 안료형 잉크 조성물의 장점인 높은 내열성, 내약품성을 유지하면서 기존의 안료형 잉크 조성물에 비해 뛰어난 명암비(Contrast)가 가능한 컬러필터를 제조할 수 있는 잉크 조성물을 제공한다.
잉크, 염료, 안료, 컬러필터

Description

컬러필터용 안료 염료 혼합형 잉크 조성물 및 그로부터 제조되는 컬러필터{Pigment-Dye hybrid ink composition for color filter And color filter prepared from the same}
본 발명은 컬러필터용 안료 염료 혼합형 잉크 조성물 및 그로부터 제조되는 컬러필터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 안료와 염료를 함께 사용하여 에 관한 것이다.
최근 그 수요가 크게 증가하고 있는 액정 디스플레이(liguid crystal display, LCD)는 저소비전력, 저중량, 고해상도 등의 장점으로 인하여 가전기기, 사무용기기, 산업용기기 등의 표시 장치로서 폭 넓은 분야에서 사용된다. 이러한 액정 디스플레이 장치는 그 핵심 부품 중 하나로서, 빛의 삼원색에 해당하는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브 픽셀이 집합된 단위 픽셀이 반복적으로 형성된 칼라 필터를 구비한다. 각 서브 픽셀을 인접하게 배치시킨 상태에서 각각의 서브 픽셀에 색 신호를 인가하여 밝기를 제어하면 삼원색의 합성에 의해 단위 픽셀에서 특정한 색이 표시된다.
도 1은 칼라 필터의 발광영역의 일반적인 구조를 도시한 평면도이다. 도면을 참조하면, 칼라 필터의 발광 영역(10)은 반복적으로 배치된 단위 픽셀(11)을 포함하고, 각 단위 픽셀(11)은 R, G, B 서브 픽셀(12)을 포함한다. 각 서브 픽셀(12)은 블랙 매트릭스(13)에 의해 분리되고, 블랙 매트릭스(13)는 각 서브 픽셀(12)로부터 입사되는 빛을 흡수하여 콘트라스트(contrast)의 저하를 방지한다.
컬러필터를 제조하는 방법으로는 염색법, 안료 분산법, 전착법, 인쇄법 등을 사용하고 있으나, 이러한 컬러필터 제조방법들은 동일한 공정을 3회 반복하는 것이므로 생산비용이 증가하게 되며, 공정 수가 많으므로 효율성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 제조비용 및 제조공정을 단순화시킬 수 있는 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 방법 등이 연구되고 있다. 도 2는 종래의 잉크젯 공정을 이용한 컬러 필터 제조 방법을 개략적으로 도시한 공정 사시도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 투명 재질의 상부기판(20) 상에 블랙 매트릭스(21)를 형성한다. 블랙 매트릭스(21)는 불투명수지나 크롬과 같은 불투명한 금속을 상부기판(20) 상에 코팅 또는 증착한 후 포토리쏘그래피(photolithography)법으로 패터닝하여 형성한다.
다음으로, 잉크젯 헤드(22)를 이용하여 블랙 매트릭스(21)로 분리된 각 서브 픽셀 영역(R, G, B)에 삼원색의 칼라 잉크를 각각 토출한다. 상기 잉크젯 헤드(22)는 인접하는 서브 픽셀(R, G, B)의 중심 간 거리에 대응하는 간격으로 이격된 R, G, B 노즐(22R, 22G, 22B)을 구비하며, 스캔 방향(A)으로 이동하면서 R, G, B 서브 픽셀(R, G, B)에 칼라 잉크를 토출한다. 각 서브 픽셀(R, G, B)이 칼라 잉크로 채 워지고 나면 건조 과정을 거치면서 칼라 잉크 내에 포함된 용매가 휘발하여 각 서브 픽셀(R, G, B)에는 소정 두께의 R, G, B 색상층(R', G', B')이 형성된다.
하지만, 컬러필터용 잉크 조성물은 대부분 안료를 착색제로 사용하고 있다. 안료는 제조 과정에서 미립화 과정을 거쳐야 하는데 이 경우 안정성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 불균일한 안료 입자 및 안료를 둘러싸고 있는 고분자 분산제 등은 잉크젯 프린팅시 토출 안정성을 저하시킬 수 있다. 또한, 소정 크기를 갖는 안료 입자는 빛을 산란시켜 명암비를 저하시키고, 색편차가 발생하며, 해상도를 향상시키기 곤란한 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 종래부터 안료 대신 염료를 사용하는 기술이 제안되고 있다. 그러나, 일반적으로 염료를 함유하는 잉크 조성물은 내열성, 내약품성 등에 있어서, 안료를 사용한 잉크 조성물에 비해서 뒤떨어진다는 문제점이 있다.
잉크젯 프린팅의 또 다른 문제점은 점도의 조절이다. 잉크젯 프린팅의 연구들에서 알려져 있는 적절한 점도는 20cP 이하의 수준으로 알려져 있고, 실제로는 10 ~ 15 cP 정도 되어야 안정적인 젯팅 특성을 나타낼 수 있다. 기존의 잉크 제조방법에서 점도가 높은 고분자 공중합체 바인더를 사용할 경우 이 점도를 10 ~ 15cP 로 낮추기 위해서 유기용매를 지나치게 많이 사용하게 되는데, 이 때 용매의 물성(예를 들어 증기압)의 영향이 지나치게 커지게 되는 경우가 발생하며, 또한 이 때 유기용매가 증발하는 것을 고려해서 컬러필터의 착색부에 분사되는 잉크의 두께를 더 두껍게 해야 하는 문제도 발생하게 된다.
현재 잉크젯 프린터 헤드의 잉크 방울(Drop)의 양이 일정하게(10 ~ 35 pL) 정해져 있기 때문에 일정한 부피를 채워 넣어야 하는 잉크젯 컬러 필터 공정을 고려하면, 잉크의 두께를 조금이라도 두껍게 하는 것은 생산성 문제와 직결되며, 잉크의 고형분 비율이 적어지게 되면 잔막율도 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 명암비를 높일 수 있으며, 높은 내열성 및 내약품성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 용해가 되지 않는 안료의 사용량을 줄일 수 있기 때문에 잉크 분사 시 헤드의 노즐이 막히는 문제를 최소화할 수 있는 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 컬러필터용 잉크 조성물에 유기용매를 상대적으로 적게 사용할 수 있도록 하며, 잔막율, 경도 등이 우수한 컬러필터를 제조할 수 있는 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물은, 안료, 염료, 바인더, 및 유기용매를 포함하며, 상기 바인더는 하기 화학식 1로 표시되는 자가 열경화형 유기실란 용매; 및 에폭시기를 갖는 아크릴레이트 제1 단량체와 친수성기를 갖는 아크릴레이트 화합물, (메타)아크릴산 C1~10알킬 에스 테르 화합물, (메타)아크릴산 C1~11환형알킬 에스테르 화합물, 불포화 방향족 화합물 및 불포화 카르복실산 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 제2 단량체를 중합시켜 형성되는 반복단위를 포함하는 공중합체를 포함하고,
Figure 112009078134703-pat00001
상기 화학식 1에서,
R1은 -(CnH2n)- 이고 n은 1~8의 정수이며,
R2, R3, R4는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이다.
본 발명의 컬러필터용 잉크 조성물은 안료를 단독 사용하지 않고 안료와 염료를 혼합 사용하여 내열성 및 내약품성이 우수한 안료 사용의 장점을 그대로 유지하면서 명암비가 향상된 컬러필터를 제조할 수 있는 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 안료는 안트라퀴논계 적색 안료인 것이 바람직하며, 상기 염료는 적색 염료로서 나프탈렌계 염료, 안트라퀴논계 염료, 프탈로시아닌계 염료, 디케토피롤로피롤계 염료, 금속 착물 염료 및 아조계 염료로 이루어진 군에서 선택되는 염료인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 사용되는 자가 열경화형 액상 고분자 바인더는 에폭시기를 갖는 특정 구조의 자가 열경화형 유기실란 화합물을 용매로 사용하여 제조된 에폭시기를 갖는 자가 열경화형 공중합체를 포함하며, 상기 공중합체가 상기 유기실란 용매에 용해된 용액으로서 얻어진다. 이렇게 용액으로서 얻어진 고분자 바인더는 컬러필터용 잉크 조성물에 액상으로 함유되기 때문에, 유기 용매의 사용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 액상 고분자 바인더는, 잉크 조성물의 경화시에 상기 용매로 사용되는 자가 열경화형 유기실란 화합물이 자가 열경화형 공중합체와 가교반응을 일으키므로, 잉크 조성물에서 비휘발성 성분의 양이 많아 종래보다 낭비되는 유기용매의 양이 적고, 유기용매의 사용이 적어도 잉크젯 프린팅에 적합한 점도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 잔막율 및 높은 경도의 막을 형성할 수 있다.
전술한 본 발명의 액상 고분자 바인더에 있어서, 상기 자가 열경화형 유기실란 용매는 상기 전체 단량체 100 중량부에 대하여 50 ~ 300 중량부로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 액상 고분자 바인더에 있어서, 상기 제1 단량체와 제2 단량체의 혼합 중량비는 바람직하게는 1 : 0.1 ~ 10 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물은 전체 100 중량 부에 대하여, 안료 4 내지 20중량부, 염료 3 내지 15중량부, 바인더 3 내지 40중량부 및 용매 25 내지 90중량부를 포함할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 컬러필터용 잉크 조성물은 높은 경도 및 잔막율을 갖는 컬러필터의 제조에 유용하다.
첫째, 본 발명의 컬러필터용 안료 염료 혼합형 잉크 조성물은 기존 안료형 잉크에 비해 명암비를 높일 수 있으며, 높은 내열성 및 내약품성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 용해가 되지 않는 안료의 사용량을 줄일 수 있기 때문에 잉크 분사 시 헤드의 노즐이 막히는 문제를 최소화할 수 있으므로 잉크젯 방식에 적합하다.
둘째, 본 발명의 컬러필터용 안료 염료 혼합형 잉크 조성물에 사용되는 바인더는 추가적인 유기용매의 사용을 줄일 수 있고 그에 따라 유기용매에 대한 영향을 낮출 수 있으며, 분사되는 잉크의 양도 줄일 수 있다. 또한, 추가적인 유기용매의 사용이 적어도 충분한 점도를 확보할 수 있으므로 잉크젯 방식에 적합하다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 컬러필터용 잉크 조성물은 안료와 염료를 함께 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 안료로는 적색 안료가 바람직하며, 구체적인 예를 들면 안트라퀴논(Antraquinone)계 적색 안료가 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 안료의 함량은 잉크 조성물 전체 100 중량부를 기준으로 4 내지 20중량부인 것이 바람직하다. 상기 함량이 4 중량부 미만이면 제조한 잉크의 내열성 및 내약품성이 저하되고, 20 중량부 초과이면 칼라 명암비가 감소할 수 있다.
본 발명에 따른 염료로는 적색 염료가 바람직하며, 예를 들면 나프탈렌계 염료, 안트라퀴논계 염료, 프탈로시아닌계 염료, 디케토피롤로피롤계 염료, 금속 착물 염료 및 아조계 염료로 이루어진 군에서 선택되는 적색 염료가 바람직하다. 본 발명에 사용할 수 있는 적색 염료로서 상용화된 것으로는 Orasol Red 3GL(Ciba Specialty사)가 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 염료의 함량은 잉크 조성물 전체 100 중량부를 기준으로 3 내지 15중량부인 것이 바람직하다. 상기 함량이 3 중량부 미만이면 제조된 잉크의 명암비 개선 효과가 미미하고, 15 중량부 초과이면 잉크의 내열성 및 내약품성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 자가 열경화형 액상 고분자 바인더는 특정 구조의 유기실란 용매 중에서 상기 제1 단량체 및 제2 단량체를 중합시켜 형성된 공중합체를 포함하며, 컬러필터의 내열성, 내광성, 내약품성 등의 신뢰성을 증가시키는 기능을 갖는다.
본 발명에서 사용되는 용매는 자가 열경화형 유기실란 용매로서 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure 112009078134703-pat00002
상기 화학식 1에서,
R1은 -(CnH2n)- 이고 n은 1~8의 정수이며,
R2, R3, R4는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이다.
본 발명에서 사용되는 상기 유기실란 용매는 상기 전체 단량체 100 중량부 대비 50 ~ 300 중량부 포함되며, 유기실란 용매가 50 중량부 미만이면 내열성, 내약품성이 떨어질 수 있고, 300 중량부를 초과이면 안정성의 저하가 발생할 수 있다.
본 발명에 따라 용매로 사용될 수 있는 자가 열경화형 유기실란 화합물은 분자 내에 에폭시기를 포함하고 있기 때문에 다른 에폭시기를 가지고 있는 바인더 성분과 가교가 가능하며, 이로 인하여 컬러필터 제조에 사용되는 경우 막경도의 향상에 기여한다. 뿐만 아니라, 용매 역할을 하면서도 경화 후에는 비휘발성분(고형분)으로 잔존하기 때문에 높은 잔막율을 제공할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 자가 열경화형 액상 고분자 바인더에 있어서, 사용되는 에폭시기를 갖는 아크릴레이트 제1 단량체로는 에폭시기를 갖는 아크릴레이트 화합물이면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 글리시딜-α-에틸아크릴레이트, 글리시딜-α-프로필아크릴레이트, 글리시딜-α-부틸아크릴레이트, 3,4-에폭시부틸(메타)아크릴레이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 전술한 본 발명의 자가 열경화형 액상 고분자 바인더에 있어서, 상기 에폭시기를 갖는 아크릴레이트 제1 단량체 외에 다른 제2 단량체가 사용되는데, 이러한 제2 단량체는 요구되는 바인더의 구체적인 물성 등 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면, 친수성기를 갖는 아크릴레이트 화합물, (메타)아크릴산 C1~10알킬 에스테르 화합물, (메타)아크릴산 C1~11환형알킬 에스테르 화합물, 불포화 방향족 화합물, 불포화 카르복실산 화합물 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 제2 단량체에 있어서, 친수성기를 갖는 아크릴레이트 화합물은 잉크 조성물의 도포면과의 접촉 특성 및 젖음성을 향상하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 친수성기를 갖는 아크릴레이트 화합물의 구체적인 예를 들면 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 글리세린 모노(메타)아크릴레이트, 글리세린 디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 2,3-디히드록시프로필(메타)아크 릴레이트, 2-메타아크릴옥시에틸글루코시드, 4-하이드록시페닐(메타)아크릴레이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다
본 발명에 따른 상기 제2 단량체에 있어서, (메타)아크릴산 C1~10알킬 에스테르 화합물의 예를 들면, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 이소데실(메타)아크릴레이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상기 제 2 단량체에 있어서, (메타)아크릴산 C1~11환형알킬 에스테르 화합물의 예를 들면, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 2-메틸시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로프로판(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로부탄(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로펜틸(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로헥실(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로헵탄(메타)아크릴레이트1-메틸시클로옥탄(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로노난(메타)아크릴레이트,1-메틸시클로데칸(메타)아크릴레이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상기 제 2 단량체에 있어서, 불포화 방향족 화합물의 예를 들면, 스티렌, α-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌 및 p-메톡시스티렌 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상기 제2 단량체에 있어서, 불포화 카르복실산 화합물의 예를 들면, 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산, 이타콘산 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상기 제 1 단량체와 제 2 단량체의 혼합비는 요구되는 컬러필터의 구체적인 물성 등에 따라 다양하게 채택할 수 있으며, 예를 들면 상기 제 1 단량체와 제 2 단량체의 혼합 중량비는 1 : 0.1 ~ 10 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제 1 단량체에 대한 상기 제 2 단량체의 비가 0.1 미만이면 도포면과의 접촉 특성 및 젖음성이 나빠질 수 있고, 10을 초과하면 내열성 및 내약품성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 자가 열경화형 액상 고분자 바인더에 포함되는 공중합체는, 상기 단량체들이 준비되면, 혼합하고, 중합 개시제를 첨가하여 중합반응을 진행시켜 제조된다. 본 발명에서 사용가능한 중합 개시제로는 열에 의해 분해 또는 결합을 일으키며 중합을 개시하는 라디칼, 음이온, 양이온 등의 활성종을 발생시키는 것으로 공지되어 있는 열중합 개시제가 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 열중합 개시제로는 예를 들면, 2,2’-아조비스 이소부티로니트릴, 2,2’-아조비스-(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2’-아조비스-(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 1,1’-아조비스-1-시클로헥실니트릴 등의 아조화합물, 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥사이드, 1,1’-비스-(t-부틸 퍼옥시) 시클로 헥산 등의 유기 과산 화물, 히드로퀴논, 히드로퀴논 모노메틸에테르, tert-부틸 카텍콜, 피로갈롤 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
단량체들과 중합 개시제가 혼합되면 중합반응이 진행될 수 있다. 본 발명에서 중합반응은 통상의 중합방법에 의하여 진행될 수 있다. 즉, 중합방법은 특별히 한정되지 않고, 라디칼 중합, 이온 중합 등의 중합방법을 이용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 중합 개시제의 존재하는 괴상 중합법, 용액 중합법, 현탁 중합법, 유화 중합법 등을 제한없이 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서 예를 들면, 상기 단량체들과 중합 개시제를 용매에 첨가한 후 60 ~ 100℃에서 2 ~ 6 시간 동안 교반하여 중합반응을 진행할 수 있으나, 전술한 바와 같이 중합방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
이렇게 중합반응 후 얻어진 공중합체는 겔 투과 크로마토그래피(용출용매: 테트라히드로퓨란)로 측정한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량(이하 Mw라고 함)이, 바람직하게는 2,000 내지 100,000이고, 더 바람직하게는 3,000 내지 50,000이며, 특히 바람직하게는 4,000 내지 40,000이다. 이 경우에 Mw가 2,000 미만이면 형성되는 보호막의 내열성이 부족해지는 경우가 있으며, Mw가 100,000이상이면 평탄화 성능이 저하된다. 또한, 상기 공중합체의 분자량 분포(Mw/Mn)는 바람직하게는 5.0 이하이며, 더 바람직하게는 3.0 이하이다.
이렇게 얻어진 공중합체는 상기 자가 열경화형 유기실란 용매와 혼합하여 본 발명에 따른 자가 열경화형 액상 고분자 바인더를 형성한다. 본 발명의 컬러필터용 잉크 조성물에서 사용될 수 있는 상기 바인더의 함량은 잉크 조성물 전체 100 중량 부를 기준으로 3 내지 40중량부인 것이 바람직하다. 상기 함량이 3 중량부 미만이면 균일한 도막 형성이 불가능하며, 내열성 및 내약품성 특성을 만족할 수 없고, 40 중량부 초과이면 잉크의 기본 색 재현을 할 수 없다.
본 발명의 컬러필터용 잉크 조성물에 있어서, 안료, 염료 및 바인더가 준비되면 유기용매에 첨가하여 잉크 조성물을 제조할 수 있다. 상기 유기용매는 잉크 젯팅시 용매의 증발로 인해 노즐이 막히는 현상을 방지하기 위해서 비점이 높은 용매 (230℃ 이상)를 사용하는 것이 바람직하다.
사용될 수 있는 유기용매로는, 예를 들면, n-부틸 아세테이트, 이소부틸아세테이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜 n-부틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜 n-부틸에테르, 메틸에틸카비톨, 트리프로필렌글리콜 n-프로필에테르, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜디아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 시클로헥사논, 3-메톡시프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산 등이 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기용매는 밀베이스에서도 동일하게 사용될 수 있다.
본 발명의 컬러필터용 잉크 조성물에 있어서, 유기용매의 함량은 다른 성분들을 균일하게 분산시키고 적절한 점도를 유지할 수 있는 정도이면 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 잉크 조성물 전체 100 중량부를 기준으로 25 내지 90중량부인 것 이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 동일한 측면에서, 본 발명의 잉크 조성물의 점도는 8 내지 18 cP인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적으로, 본 발명의 컬러필터용 잉크 조성물에는 구성성분의 분산성, 잉크 조성물의 젖음성, 도포 특성 등의 추가적인 물성 개선을 위해 분산제 및 기타 첨가제가 추가적으로 첨가될 수 있다.
본 발명에는 착색제를 양호하게 분산시키기 위해 분산제를 첨가할 수 있다. 분산제로는 양이온(cation)성, 음이온(anion)성, 비이온(nonionic)성, 양성, 실리콘계, 불소계, 고분자계 등의 계면 활성제를 사용할 수 있다. 이 중 실리콘계 및 불소계 계면 활성제가 바람직하게 사용될 수 있다.
실리콘계 계면활성제의 예로는 BYK-300, 동310, 동320, 동330, 동333, 동370, 동371, TEGO사의 Glide 400, 동410, Wet270 등이 사용되며, 불소계 계면활성제의 예로는 BYK-340, BM-1000, 동 1100, SurflonS112, 동S131, 동S382 등이 사용될 수 있다.
기타 첨가제로는 기판과 도포되는 막의 접착력 향상을 위한 접착조제, 항산화제, 자외선 흡수제, 응집방지제 등이 첨가될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
<자가 열경화형 액상 고분자 바인더의 제조>
합성예 1
냉각관, 교반기를 구비한 플라스크에 2,2’-아조비스-이소부티로니트릴 5 중량부, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 200 중량부를 넣었다. 이어서 글리시딜메타아크릴레이트 30 중량부, 시클로헥실 메타아크릴레이트 40 중량부, 2-히드록시에틸메타아크릴레이트 20 중량부, 메타크릴 산 10 중량부를 넣고 질소 치환한 다음 교반을 시작했다. 용액 온도를 70 ℃로 상승시키고 이 온도를 4시간 유지하여 공중합체를 포함한 중합체 용액을 얻었다. 얻은 중합체 용액의 중량 평균 분자량은 15,000 이었다.
합성예 2
냉각관, 교반기를 구비한 플라스크에 2,2’-아조비스-이소부티로니트릴 5 중량부, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 200 중량부를 넣었다. 이어서 글리시딜메타아크릴레이트 40 중량부, 스티렌 40 중량부, 2-히드록시에틸메타아크릴레이트 10 중량부, 메타크릴산 10 중량부를 넣고 질소 치환한 다음 교반을 시작했다. 용액 온도를 70 ℃로 상승시키고 이 온도를 4시간 유지하여 공중합체를 포함한 중합체 용액을 얻었다. 얻은 중합체 용액의 중량 평균 분자량은 18,000 이었다.
합성예 3
냉각관, 교반기를 구비한 플라스크에 2,2’-아조비스-이소부티로니트릴 5 중량부, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 200 중량부를 넣었다. 이어서 글리시딜메타아크릴레이트 40 중량부, 부틸메타아크릴레이트 40 중량부, 2-히드록시에틸메타 아크릴레이트 20 중량부, 메타크릴산 10 중량부를 넣고 질소 치환한 다음 교반을 시작했다. 용액 온도를 70 ℃로 상승시키고 이 온도를 4시간 유지하여 공중합체를 포함한 중합체 용액을 얻었다. 얻은 중합체 용액의 중량 평균 분자량은 18,000 이었다.
<컬러필터용 잉크 조성물의 제조>
실시예 1
상기 합성예1에서 얻어진 바인더 용액 30 중량부, C.I. Pigment Red 177 5.5 중량부, C.I Pigment Yellow 150 1.5 중량부, C.I. Solvent Red 130 3 중량부, 실리콘계 분산제 BYK-370 1중량부, 벤조일 퍼옥사이드를 포함하는 열중합 개시제 0.2 중량부 및 유기용매로 디프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 50 중량부, 프로필렌글리콘메틸에테르아세테이트 8.8 중량부를 포함한 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 2
실시예2는 합성예2의 바인더를 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 3
실시예3는 합성예3의 바인더를 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예
70 ℃ 의 온도에서 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 용매 하에서 벤질메타크릴레이트: 메틸메타크릴레이트, 메타아크릴산을 30:50:20으로 4시간 중합하여, 고형분 함량 30 중량부, 중량평균 분자량이 14,000인 공중합체를 제조하였다.
상기 공중합체 15 중량부, 다관능성 모노머 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트 10 중량부, C.I. 피그먼트 레드 254/177(8/2, 15%용액)를 포함하는 밀베이스 30 중량부, 벤조일 퍼옥사이드를 포함하는 열중합개시제로 2,2’-아조비스 이소부티로니트릴 0.5 중량부 및 유기용매로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 44.5 중량부를 포함한 잉크 조성물을 제조하였다.
<물성 시험>
1. 잔막율 및 균일도
상기 실시예1~2와 비교예에서 제조된 잉크를 1.5㎛의 두께로 코팅을 실시한 후에 110 ℃의 hotplate에서 3분간 prebake를 실시하고 230 ℃의 오븐에서 40분간 postbake를 실시하였다. postbake 전후로 두께를 측정하여 잔막율을 측정하였다. 또한 최종 두께를 가지고 패널내의 균일도(uniformity)를 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다. 잔막율 및 균일도(uniformity)은 각각 하기 수학식1 및 수학식2으로 결정하였으며, 각 백분율값은 소수점 둘째 자리에서 반올림한 것이다.
Figure 112009078134703-pat00003
Figure 112009078134703-pat00004
잔막율(%) 균일도(%)
실시예1 89% 7.3%
실시예2 88% 7.8%
실시예3 88% 7.6%
비교예 58% 23.2%
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예의 잉크로 형성된 막의 잔막율이 비교예보다 우수하며, 균일도도 10% 이하로서 양호한 값을 갖지만 비교예는 그렇지 못함을 알 수 있다.
2. 표면경도
상기 실시예1~2와 비교예에서 제조된 잉크를 각 1.5 ㎛의 두께로 코팅을 실시한 후 연필경도계법(JIS K5600)을 이용하여, 표면경도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
연필경도
실시예1 5H
실시예2 5H
실시예3 5H
비교예1 2H
상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 실시예의 잉크로 형성된 최종 경화물의 표면 경도가 비교예의 잉크로 형성된 최종 경화물의 경도에 비해서 우수한 것을 확인할 수 있다. 이는 자가 경화형 실란용매 및 자가 경화형 공중합체의 가교 밀도 증가로 인한 것이다.
3. 명암비(Contrast Ratio) 비교
상기 실시예1~2와 비교예에서 제조된 잉크를 1.5㎛의 두께로 코팅을 실시한 후에 100 ℃의 hotplate에서 3분간 prebake를 실시하고 220 ℃의 오븐에서 30분간 postbake를 실시하였다.
Baking이 완료된 도막을 하기 수학식3의 방식으로 명암비를 산출하였다. 구체적으로, 명암비는 두 개의 편광자 사이에서 편광자가 수평시 측정한 휘도값(Full white) / 두 편광자가 직교시 측정한 휘도값(Full Black)의 비율로 나타낼 수 있으며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
Figure 112009078134703-pat00005
Full White Full Black 명암비
실시예1 6416.667 192.500 0.030
실시예2 7066.000 176.650 0.025
실시예3 6458.929 180.850 0.028
비교예 3523.637 193.800 0.055
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예의 잉크로 형성된 도막의 명암비가 비교예보다 우수함을 알 수 있다.
4. 내열성 및 내약품성
상기 실시예1~2에서 제조된 잉크를 각 1.5 ㎛의 두께로 코팅을 실시한 후 신뢰성(내열성, 내약품성) 평가를 수행하였다. 이는 컬러필터 제조시 혹은 디스플레이를 제작하는데 사용하게 되는 용매 혹은 열에 안정한지 여부를 평가하는 방법으로서, 그 중 내열성은 230℃ 오븐에 2시간 방치 전후의 색비교를 통해 진행하였으며, 내약품성은 용매에 23℃에서 30분간 침지시켜, 평가 전후의 색변화(△Eab*)를 비교평가 하였다.
색변화(△Eab*) 비교 평가에 사용한 식은 하기 수학식 2에 의해 계산되며, 그 수치가 3이하일 경우에는 사람의 눈에 인식이 어렵기 때문에, 3이하의 색변화는 용납될 수 있다.
하기 수학식 4에서, △Eab*는 total color difference를 나타내며, △L*는 dark/light Difference, △a*는 Red/ Green Difference, △b*는 Yellow/Blue Difference를 각각 의미한다.
△Eab* = [(△L*)2 + (△a*)2 + (△b*)2]1/2
내열성 내약품성
실시예1 2.0 1.9
실시예2 2.6 2.2
실시예 2.5 2.2
상기 표 4에서 나타난 바와 같이, 실시예의 잉크로 형성된 도막의 내열성 및 내약품성이 모두 3 이하의 값을 가지므로, 내열성이나 내약품성이 우수함을 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 칼라 필터의 발광영역의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 통상적인 잉크젯 공정을 이용한 칼라 필터 제조 방법을 개략적으로 도시한 공정 사시도이다.

Claims (14)

  1. 안료, 염료, 바인더, 및 유기용매를 포함하는 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물로서,
    상기 바인더는 하기 화학식 1로 표시되는 자가 열경화형 유기실란 용매; 및 에폭시기를 갖는 아크릴레이트 제1 단량체와 친수성기를 갖는 아크릴레이트 화합물, (메타)아크릴산 C1~10알킬 에스테르 화합물, (메타)아크릴산 C1~11환형알킬 에스테르 화합물, 불포화 방향족 화합물 및 불포화 카르복실산 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 제2 단량체를 중합시켜 형성되는 반복단위를 포함하는 공중합체를 포함하는 자가 열경화형 액상 고분자 바인더이고,
    상기 자가 열경화형 유기실란 용매는 상기 전체 단량체 100 중량부에 대하여 50 ~ 300 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112012104866811-pat00006
    상기 화학식 1에서,
    R1은 -(CnH2n)- 이고 n은 1~8의 정수이며,
    R2, R3, R4는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안료는 안트라퀴논계 적색 안료인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 염료는 적색 염료로서 나프탈렌계 염료, 안트라퀴논계 염료, 프탈로시아닌계 염료, 디케토피롤로피롤계 염료 및 아조계 염료로 이루어진 군에서 선택되는 염료인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단량체는 글리시딜(메타)아크릴레이트, 글리시딜-α-에틸아크릴레이트, 글리시딜-α-프로필아크릴레이트, 글리시딜-α-부틸아크릴레이트 및 3,4-에폭시부틸(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 친수성기를 갖는 아크릴레이트 화합물은 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 글리세린 모노(메타)아크릴레이트, 글리세린 디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 2,3-디히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-메타아크릴옥시에틸글루코시드 및 4-하이드록시페닐(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴산 C1~10알킬 에스테르 화합물은 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 및 이소데실(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴산 C1~11환형알킬 에스테르 화합물은 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 2-메틸시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로프로판(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로부탄(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로펜틸(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로헥실(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로헵탄(메타)아크릴레이트1-메틸시클로옥탄(메타)아크릴레이트 및 1-메틸시클로노난(메타)아크릴레이트,1-메틸시클로데칸(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 불포화 방향족 화합물은 스티렌, α-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌 및 p-메톡시스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 불포화 카르복실산 화합물은 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산 및 이타콘산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단량체와 제2 단량체의 혼합 중량비는 1 : 0.1 ~ 10 인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 컬러필터용 잉크 조성물의 점도는 8 내지 18 cP인 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 조성물 전체 100 중량부에 대하여,
    안료 4 내지 20중량부, 염료 3 내지 15중량부, 바인더 3 내지 40중량부 및 용매 25 내지 90중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물.
  14. 제1항 내지 제10항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 따른 잉크젯 컬러필터용 안료-염료 혼합형 잉크 조성물로 제조된 컬러필터.
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