KR101297157B1 - 잉크 조성물, 이를 이용한 컬러필터용 화소 제조 방법 및 컬러필터 - Google Patents
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Abstract
Description
본 기재는 잉크 조성물, 이를 이용한 컬러필터용 화소 제조 방법 및 컬러필터에 관한 것이다.
컬러필터는 액정표시장치, 카메라의 광학필터 등에 사용되는 것으로서, 3종 이상의 색상으로 착색된 미세한 영역을 고체촬영소자 또는 투명기판상에 코팅하여 제조된다. 이와 같은 착색박막은 통상 염색법, 인쇄법, 전착법, 안료분산법, 잉크젯 방식 등에 의하여 형성된다. 현재, 이러한 방식은 휴대폰, 노트북, 모니터, TV 등의 LCD를 제조하는데 응용되고 있다.
염색법의 경우, 유리 기판상에 미리 젤라틴 등의 천연 감광성 수지, 아민 변성 폴리비닐 알코올, 아민 변성 아크릴계 수지 등의 염색기재를 가진 화상을 형성시킨 후, 직접염료 등의 염료로 염색하여 착색박막을 형성하지만, 다색 박막을 동일 기판상에 형성하기 위해서는 색상을 변화시킬 때마다 방염가공을 할 필요가 있기 때문에, 공정이 매우 복잡해지고 시간이 지연되는 문제점이 있다. 또한, 일반적 으로 사용하는 염료 및 수지 자체의 선명성과 분산성은 양호하나, 내광성, 내습성 및 가장 중요한 특성인 내열성이 나쁘다는 단점이 있다.
인쇄법에서는 열경화성 또는 광경화성 수지에 안료를 분산시킨 잉크를 사용하여 인쇄를 행한 후, 열 또는 광으로 경화시킴으로써 착색박막이 형성된다. 이 방법에 의하면 다른 방법에 비해 재료비를 절감할 수는 있지만, 고도로 정밀하고 세밀한 화상 형성이 곤란하고, 또한 형성되는 박막층이 균일하지 못한 단점이 있다. 대한민국 특허공개 제1996-0011513호에서는 잉크젯 방식을 이용한 컬러필터의 제조방법을 제안하고 있는데, 섬세하고 정확한 색소의 인쇄를 위하여 노즐에서 분사되는 착색 감광성 수지 조성물이 염료형으로 되어있기 때문에, 염색법과 마찬가지로 내구성 및 내열성이 떨어지게 된다.
이와 달리, 대한민국 특허공개 제1996-0029904호에서는 전기침전법을 이용한 전착법을 제안하고 있는데, 전착법은 정밀한 착색박막을 형성할 수 있고, 안료를 사용하므로 내열성 및 내광성이 우수한 특성이 있으나, 향후 화소 크기가 정밀하게 되어 전극 패턴이 세밀하게 되면, 양쪽 끝에 전기 저항으로 인한 착색 얼룩이 나타나거나 착색박막의 두께가 두꺼워져서, 고도의 정밀성을 요구하는 컬러필터에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 안료분산법은 블랙 매트릭스가 제공된 투명한 기질 위에 착색제를 함유하는 광중합성 조성물을 코팅하고, 형성하고자 하는 패턴의 형태로 노광한 후, 비노광 부위를 용제로 제거하여 열경화시키는 일련의 과정을 반복함으로써 착색박막이 형성되는 방법이다. 안료분산법은 컬러필터의 가장 중요한 성질인 내열성 및 내구성을 향상시킬 수 있고 필름의 두께를 균일하게 유지할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 미세 패턴의 구현이 우수하고 제조방법이 비교적 용이하여 보편적으로 채용하고 있다. 예컨대, 일본 특허공개 평7-140654호 및 일본 특허공개 평10-254133호 등에서는 안료분산을 이용한 컬러 레지스트 제조방법이 제안되고 있다.
그러나 상기와 같은 방법들은 화소를 형성하기 위하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 감광성 수지 조성물을 각각 코팅, 노광, 현상 및 경화하는 복잡한 과정을 필요로하여 제조 공정이 길고 공정간 제어인자가 많아짐에 따라 수율 관리에 어려움이 있다. 또한, 모니터, TV 등에서는 높은 색재현률과 명암비가 요구됨에 따라 코팅 막의 두께를 크게 하여야 하는 등 실제 생산 공정에서 여러 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 최근에는 종래의 안료분산법을 대체하기 위한 여러 가지 새로운 공정방식이 사용되고 있는데, 대표적인 것이 잉크젯 프린팅 방식이다. 잉크젯 프린팅 방식은 유리기판상에 블랙 매트릭스 등의 차광층을 형성하고 상기 화소 공간에 잉크를 주입하는 방식이다. 잉크젯 프린팅 방식은 컬러필터를 제조함에 있어서 별도의 코팅, 노광, 현상 등의 공정이 불필요하므로 공정에 필요한 재료를 절감할 수 있고 공정의 단순화를 가능하게 한다.
상기 잉크젯 방식에서, 컬러필터가 균일하고 우수한 컬러특성을 갖기 위해서는 픽셀간 컬러층이 균일하게 형성되어야 한다. 이는 잉크 분사 시에 헤드에서의 노즐 막힘이 전혀 없어야 하며, 픽셀 내에 동일한 양과 방울 수로 떨어져야 한다. 따라서, 헤드의 분사노즐 표면과 컬러 잉크 조성물 간의 상호작용은 분사 성능을 크게 좌우하는 요소이다.
또한, 잉크젯 방식을 이용하여 형성된 패턴은 200℃ 내외의 온도로 가열하여 경화시키는 방법을 사용함으로, 안료분산법에서 형성된 패턴과 같이, 모노머의 경화도가 낮아져 막강도가 약해짐으로써 내열성 및 내화학성이 불량해지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 형성된 미세 패턴이 기판과의 밀착력이 약하면 패턴이 박리되는 문제점을 가질 수 있고, 잉크젯 방식에 의해 제작된 컬러필터는 안료분산법과 마찬가지로 내열성, 내화학성 및 막강도와 같은 높은 신뢰성을 요구하고 있으며, 이러한 특성을 만족하지 못하면 컬러필터의 후공정에서 색변 또는 패턴 침해 등의 문제점을 야기하게 된다.
본 발명의 일 측면은 토출성 및 저장안정성이 우수하고, 이를 이용하여 형성된 패턴의 막강도, 내열성 및 내화학성이 우수한 잉크 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 잉크 조성물을 이용한 컬러필터용 화소 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 잉크 조성물을 이용하여 제조된 컬러필터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면은, (A) 아크릴계 수지; (B) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 2종 이상의 에폭시 수지; (C) 반응성 불포화 화합물; (D) 안료; 및 (E) 용제를 포함하는 잉크 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
(상기 화학식 1 및 2에서,
R1 내지 R7은 동일하거나 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고,
n은 0 내지 25의 정수이다.)
상기 (B) 2종 이상의 에폭시 수지는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물:상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 중량비가 25:75 내지 75:25인 것일 수 있다.
상기 잉크 조성물은, 상기 (A) 아크릴계 수지 1 내지 20 중량%; 상기 (B) 2종 이상의 에폭시 수지 1 내지 10 중량%; 상기 (C) 반응성 불포화 화합물 0.5 내지 15 중량%; 상기 (D) 안료 1 내지 40 중량%; 및 상기 (E) 용제 잔부량을 포함하는 것일 수도 있다.
본 발명의 다른 측면은, 기판상에 상기 잉크 조성물을 잉크젯 분사 방법으로 단색 또는 삼색 동시 프린팅하여 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 패턴을 160 내지 300 ℃의 온도로 가열하여 경화시키는 단계를 포함하는 컬러필터용 화소 제조 방법 을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 잉크 조성물을 이용하여 제조된 컬러필터를 제공한다.
기타 본 발명의 측면들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 잉크 조성물은 토출성 및 저장안정성이 우수하고, 이를 이용하여 형성된 패턴의 막강도, 내열성 및 내화학성이 우수한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 측면들을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 측면에 따른 잉크 조성물은 (A) 아크릴계 수지; (B) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 2종 이상의 에폭시 수지; (C) 반응성 불포화 화합물; (D) 안료; 및 (E) 용제를 포함한다.
또한, 상기 잉크 조성물은 (F) 기타 첨가제를 더욱 포함할 수도 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
(상기 화학식 1 및 2에서,
R1 내지 R7은 동일하거나 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고,
n은 0 내지 25의 정수이다.)
이하 각 구성 성분에 대하여 자세하게 설명하도록 한다.
(A) 아크릴계 수지
상기 아크릴계 수지는 제1에틸렌성 불포화 단량체 및 이와 공중합 가능한 제2에틸렌성 불포화 단량체의 공중합체로, 하나 이상의 아크릴계 반복단위를 포함하는 수지이다.
상기 제1에틸렌성 불포화 단량체는 하나 이상의 카르복시기를 함유하는 에틸렌성 불포화 단량체이며, 구체적으로는 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 이타콘산, 푸마르산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택하여 사용할 수 있다.
상기 제1에틸렌성 불포화 단량체의 중량 비율은 아크릴계 수지 총량에 대하여 10 내지 40 %일 수 있고, 20 내지 30 %일 수도 있다. 상기 제2에틸렌성 불포화 단량체로는, 알케닐 방향족 단량체, 불포화 카르본산 에스테르류 화합물, 불포화 카르본산 아미노 알킬 에스테르류 화합물, 카르본산 비닐 에스테르류 화합물, 불포화 카르본산 글리시딜 에스테르류 화합물, 시안화 비닐 화합물, 불포화 아미드류 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택하여 사용될 수 있다.
상기 알케닐 방향족 단량체의 대표적인 예로는, 스티렌, α-메틸 스티렌, 비닐 톨루엔, 비닐 벤질 메틸에테르 등이 있고; 상기 불포화 카르본산 에스테르류 화합물의 대표적인 예로는, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 2-히드록시 에틸 아크릴레이트, 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시 부틸 아크릴레이트, 2-히드록시 부틸 메타크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 페닐 메타크릴레이트 등이 있으며; 상기 불포화 카르본산 아미노 알킬 에스테르류 화합물의 대표적인 예로는, 2-아미노 에틸 아크릴레이트, 2-아미노 에틸 메타크릴레이트, 2-디메틸 아미노 에틸 아크릴레이트, 2-디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 등이 있고; 상기 카르본산 비닐 에스테르류 화합물의 대표적인 예로는, 초산 비닐, 안식향산 비닐 등이 있고; 상기 불포화 카르본산 글리시딜 에스테르류 화합물의 대표적인 예로는, 글리시딜 아크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트 등이 있고; 상기 시안화 비닐 화합물의 대표적인 예로는 아크릴로 니트릴, 메타크릴로 니트릴 등이 있으며; 상기 불포화 아미드류 화합물의 대표적인 예로는, 아크릴 아미드, 메타크릴 아미드 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 불포화 제2에틸렌성 불포화 단량체는 각각 단독으로 또는 2개 이상을 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 제1에틸렌성 불포화 단량체 및 제2에틸렌성 불포화 단량체를 포함하는 아크릴계 수지의 구체적인 예를 들면, 메타크릴산/벤질 메타크릴레이트 공중합체, 메타크릴산/벤질 메타크릴레이트/스티렌 공중합체, 메타크릴산/벤질 메타크릴레이트/2-히드록시 에틸 메타크릴레이트 공중합체, 메타크릴산/벤질 메타크릴레이트/스티렌/2-히드록시 에틸 메타크릴레이트 공중합체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들을 단독 또는 2종 이상을 배합하여 사용할 수도 있다.
상기 아크릴계 수지의 중량평균분자량(Mw)은 3,000 내지 150,000일 수 있고, 5,000 내지 50,000일 수도 있다. 상기 아크릴계 수지의 중량평균분자량이 상기의 범위일 때, 기판과의 밀착성이 우수하고 물리적, 화학적 물성이 좋으며, 점도가 적절하여 잉크젯 헤드 노즐이 막히거나 패턴 분사성이 떨어지는 문제를 방지할 수 있다.
상기 아크릴계 수지는 상기 잉크 조성물에 있어서 픽셀의 해상도에 가장 큰 영향을 주는 인자이다. 예를 들어, 상기 메타크릴산/벤질 메타크릴레이트 공중합체의 경우에는 산가 및 중량평균분자량에 의하여 픽셀의 해상도가 뚜렷이 달라진 다. 이 경우, 메타크릴산/벤질 메타크릴레이트의 함량비가 25/75(w/w)로 산가 80 내지 120 mgKOH/g, 중량평균분자량이 20,000 내지 40,000인 경우에 가장 우수한 픽셀의 해상도를 얻을 수 있다.
상기 아크릴계 수지의 사용량은 상기 잉크 조성물 총량에 대하여 1 내지 20 중량%일 수 있고, 3 내지 15 중량%일 수도 있다. 아크릴계 수지의 함량이 1 내지 20 중량%의 범위일 때, 기판과의 접착력이 좋고, 잉크가 균일한 막두께를 형성할 수 있으며, 막강도, 내열성, 내화학성 및 잔상 등의 컬러필터 후공정이 우수하다. 또한, 잉크의 점도가 적합하여 잉크젯 프린팅 시 토출성이 좋고, 가교성이 적절하여 표면의 평활도가 우수하다.
(B) 에폭시 수지
상기 에폭시 수지는 열에 의해서 중합될 수 있는 모노머(monomer) 또는 올리고머(oligomer)로서, 탄소-탄소 불포화 결합 및 탄소-탄소 고리형 결합을 가지는 화합물 등을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 있어서의 에폭시 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 반드시 포함하는 2종 이상의 에폭시 수지이다.
[화학식 1]
[화학식 2]
(상기 화학식 1 및 2에서,
R1 내지 R7은 동일하거나 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고,
n은 0 내지 25의 정수이다.)
상기 에폭시 수지로는 상기한 화학식 1 및 2 이외에도, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 고리형 지방족 에폭시 수지 및 지방족 폴리글리시딜 에테르 등이 더욱 포함될 수 있다.
이러한 화합물의 시판품으로, 상기 화학식 1로 표시되는 비스페닐 에폭시 수지에는 유까쉘 에폭시(주)社의 YX4000, YX4000H, YL6121H, YL6640, YL6677; 상기 화학식 2로 표시되는 크레졸 노볼락형 에폭시 수지에는 크레졸 노블락형 에폭시 수 지에는 닛본 가야꾸(주)社의 EOCN-102, EOCN-103S, EOCN-104S, EOCN-1020, EOCN-1025, EOCN-1027 및 유까쉘 에폭시(주)社의 에피코트 180S75; 비스페놀 A형 에폭시 수지에는 유까쉘 에폭시(주)社의 에피코트 1001, 1002, 1003, 1004, 1007, 1009, 1010 및 828; 비스페놀 F형 에폭시 수지에는 유까쉘 에폭시(주)社의 에피코트 807 및 834; 페놀 노블락형 에폭시 수지에는 유까쉘 에폭시(주)社의 에피코트 152, 154, 157H65 및 닛본 가야꾸(주)社의 EPPN 201, 202; 그 밖의 고리형 지방족 에폭시 수지에는 CIBA-GEIGY A.G 社의 CY175, CY177 및 CY179, U.C.C 社의 ERL-4234, ERL-4299, ERL-4221 및 ERL-4206, 쇼와 덴꼬(주)社의 쇼다인 509, CIBA-GEIGY A.G 社의 아랄다이트 CY-182, CY-192 및 CY-184, 다이닛본 잉크 고교(주)社의 에피크론 200 및 400, 유까쉘 에폭시(주)社의 에피코트 871, 872 및 EP1032H60, 셀라니즈 코팅(주)社의 ED-5661 및 ED-5662; 지방족 폴리글리시딜에테르에는 유까쉘 에폭시(주)社의 에피코트 190P 및 191P, 교에샤 유시 가가꾸 고교(주)社의 에포라이트 100MF, 닛본 유시(주)社의 에피올 TMP 등을 들 수 있다.
상기 에폭시 수지의 함량은 상기 잉크 조성물 총량에 대하여 1 내지 10 중량%일 수 있고, 2 내지 5 중량%일 수도 있다. 에폭시 수지의 함량이 1 내지 10 중량%의 범위일 때, 이로부터 제조한 잉크젯 프린팅으로 통해 형성된 패턴의 신뢰성인 내열성, 내화학성, 막강도 및 물리적 특성이 우수한 효과가 있다.
(C) 반응성 불포화 화합물
상기 반응성 불포화 화합물은 종래의 잉크 조성물 또는 감광성 수지 조성물 에 일반적으로 사용되는 모노머 또는 올리고머를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 반응성 불포화 화합물의 예를 들면,
에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,4-부탄디올디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 펜타에리트리톨디아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 펜타에리트리톨헥사아크릴레이트, 비스페놀 A 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 노볼락에폭시아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디메타크릴레이트 등으로부터 1종 이상을 선택 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 반응성 불포화 화합물의 함량은 상기 잉크 조성물 총량에 대하여 0.5 내지 15 중량%, 또는 1 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 반응성 불포화 화합물의 함량이 1 내지 20 중량%일 때, 잉크 주입 후 경화도가 충분하여 신뢰성이 우수하고, 잉크의 점도가 적절하며, 경시안정성이 우수하다.
(D) 안료
상기 안료로는, 프탈로시아닌계 안료, 아조계 안료, 안트라퀴논계 안료, 인디고계 안료, 페릴렌계 안료, 페리논계 안료, 디옥사진계 안료, 퀴나크리돈계 안료, 이소인드리논계 안료, 프탈론계 안료 등의 유기 안료; 및 산화 티탄, 티탄 블 랙, 카본 블랙 등의 무기 안료가 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 유기 안료의 구체적인 예로는 컬러 인덱스(Color Index) 내에 안료로, C.I. 피그먼트 옐로우 1호, 12호, 13호, 14호, 15호, 16호, 17호, 20호, 24호, 31호, 53호, 83호, 86호, 93호, 94호, 109호, 110호, 117호, 125호, 128호, 137호, 138호, 139호, 147호, 148호, 150호, 153호, 154호, 166호, 173호; C.I. 피그먼트 오렌지 13호, 31호, 36호, 38호, 40호, 42호, 43호, 51호, 55호, 59호, 61호, 64호, 65호, 71호, 73호; C.I. 피그먼트 레드 9호, 97호, 105호, 122호, 123호, 144호, 149호, 166호, 168호, 176호, 177호, 180호, 192호, 215호, 216호, 224호, 242호, 254호, 264호, 265호; C.I. 피그먼트 블루 15호, 15:3호, 15:4호, 15:6호, 60호; C.I. 피그먼트 바이올렛 1호, 19호, 23호, 29호, 32호, 36호, 38호; C.I. 피그먼트 그린 7호, 36호; C.I. 피그먼트 브라운 23호, 25호 등을 들 수 있다.
상기 안료의 함량은 상기 잉크 조성물 총량에 대하여 1 내지 40 중량%일 수 있고, 5 내지 20 중량%일 수도 있다. 상기 안료의 함량이 1 내지 40 중량%의 범위일 때, 색재현율이 좋고, 패턴의 경화 특성 및 밀착력이 우수하다.
(E) 용제
상기 용제는 프린팅 시 노즐의 막히는 것을 막고 컬러 필터의 색특성 확보를 위하여, 비점이 170 내지 250 ℃인 고비점 용제를 사용할 수 있다.
상기 고비점 용제의 구체적인 예로는, 3-메톡시 부틸 아세테이트, 디에틸렌글리콜 메틸에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 에틸에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 부틸에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜 부틸에테르 아세테이트, 1,3-부탄디올 디아세테이트, 프로필렌글리콜 n-프로필에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 n-부틸에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 n-프로필에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 n-부틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 디프로필렌글리콜 프로필에테르, 디프로필렌글리콜 부틸에테르, 트리프로필렌글리콜 메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디부틸에테르, 트리프로필렌글리콜 부틸에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 용제는 컬러필터가 요구하는 색 재현율, 명암비 및 잉크의 저장 안정성을 향상시키기 위하여, 비점이 170 ℃ 미만인 저비점 용제를 상기 고비점 용제와 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 저비점 용제로는 에틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 이소부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 에틸에테르 아세테이트, 3-메톡시-1-프로필 아세테이트, 에틸렌글리콜 메틸에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜 에틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르, 프로필렌글리콜 에틸에테르, 프로필렌글리콜 프로필에테르, 에틸렌글리콜 프로필에테르, n-부틸 프로피오네이트, 에틸 3-에톡시 프로피오네이트, n-펜틸 프로피오네이트, n-프로필 프로피오네이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르 프로피오네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
상기 고비점 용제 및 저비점 용매는 90:10 내지 50:50의 중량비로 사용할 수 있다. 상기 고비점 용제 함량이 상기 비율보다 적은 경우에는 용제의 빠른 휘발로 인하여 잉크의 건조 속도가 증가하여, 노즐의 막힘이 빈번해지므로 적절한 토출 성능을 유지하기 어려우며, 상기 비율을 초과하는 경우에는 점도가 증가하여 균일한 토출이 어렵고, 분산성 및 저장 안정성이 불량해지므로 높은 명암비를 유지하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
상기 잉크 조성물에서 용제의 함량은 100 중량%에서 다른 구성 성분의 함량을 뺀 잔부량으로 포함될 수 있으며, 잉크 조성물 총량에 대하여 40 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. 상기 용제가 40 내지 90 중량%로 포함되는 경우에는 토출성이 좋고, 패턴 형성 후에도 색특성이 우수하다.
(F) 기타 첨가제
상기 잉크 조성물은 이로부터 제조되는 패턴의 강도를 향상시키기 위하여 중합 개시제를 더욱 포함할 수 있다.
상기 중합 개시제는 광중합 개시제인 것이 좋고, 감광성 수지 조성물에 일반적으로 사용되는 광중합 개시제를 사용할 수 있다.
상기 광중합 개시제로는 트리아진계 화합물, 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 티오크산톤계 화합물, 벤조인계 화합물, 과산화물계 화합물 및 퍼옥시케탈계 화합물로부터 1종 이상 선택되는 것을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광중합 개시제로 사용되는 트리아진계 화합물의 구체적인 예를 들면, 2,4,6-트리클로로-s-트리아진, 2-페닐-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(3',4'-디메톡시 스티릴)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(4'-메톡시 나프틸)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(p-메톡시 페닐)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(p-톨릴)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-비페닐-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 비스(트리클로로 메틸)-6-스티릴-s-트리아진, 2-(나프토 1-일)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(4-메톡시 나프토 1-일)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-4-트리클로로 메틸(피페로닐)-6-트리아진, 2-4-트리클로로 메틸(4'-메톡시 스티릴)-6-트리아진 등이 있다.
상기 아세토페논계 화합물의 구체적인 예를 들면, 2,2'-디에톡시 아세토페논, 2,2'-디부톡시 아세토페논, 2-히드록시-2-메틸프로피오페논, p-t-부틸트리클로로 아세토페논, p-t-부틸디클로로 아세토페논, 4-클로로 아세토페논, 2,2'-디클로로-4-페녹시 아세토페논, 2-메틸-1-(4-(메틸티오)페닐)-2-모폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모폴리노페닐)-부탄-1-온 등이 있다.
상기 벤조페논계 화합물로는 벤조페논, 벤조일 안식향산, 벤조일 안식향산 메틸, 4-페닐 벤조페논, 히드록시 벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 3,3'-디메틸-2-메톡시 벤조페논, 4,4'-디클로로 벤조페논, 4,4'-비스(디메틸아미노) 벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노) 벤조페논 등이 있다.
상기 티오크산톤계 화합물로는 티오크산톤, 2-메틸 티오크산톤, 이소프로필 티오크산톤, 2,4-디에틸 티오크산톤, 2,4-디이소프로필 티오크산톤, 2-클로로 티오크산톤 등이 있다.
상기 벤조인계 화합물로는 벤조인, 벤조인 메틸에테르, 벤조인 에틸에테르, 벤조인 이소프로필에테르, 벤조인 이소부틸에테르, 벤질디메틸케탈 등이 있다.
상기 과산화물계 화합물로는 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 메틸이소부탈케톤 퍼옥사이드, 시클로헥사논 퍼옥사이드, 아세틸아세톤 퍼옥사이드, 이소부틸릴 퍼옥사이드, 히드로퍼옥사이드류, 디이소프로벤젠 히드로퍼옥사이드, 쿠멘 히드로퍼옥사이드, t-부틸 히드로퍼옥사이드 등이 있다.
상기 퍼옥시케탈계 화합물로는 1,1-디-t-부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 2,2-디-(t-부틸옥시이소프로필)벤젠, 4,4-디-t-부틸퍼옥시발레르산 n-부틸에스테르 등이 있다.
상기 광중합 개시제로는 상기 열거한 화합물 이외에도, 카바졸계 화합물, 디케톤계 화합물, 설포늄 보레이트계 화합물, 디아조계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 중합 개시제는 상기 잉크 조성물 총량에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 또는 1 내지 5 중량%로 사용될 수 있다. 중합 개시제의 함량이 상기의 범위일 때, 패턴의 강도가 좋고, 저장 안정성 및 점도의 안정화로 인하여 토출성이 우수하며, 라디칼의 감도가 좋고, 용액의 색 농도가 적절히 유지되며, 미반응 개시제로 인한 투과율을 저하를 막을 수 있다.
또한, 상기 잉크 조성물은 안료의 분산성 향상을 위해 필요에 따라 비이온성, 음이온성 또는 양이온성 분산제를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 분산제로는, 폴리알킬렌글리콜 및 이의 에스테르, 폴리옥시알킬렌, 다가 알콜 에스테르 알킬렌 옥사이드 부가물, 알콜알킬렌옥사이드 부가물, 설폰산 에 스테르, 설폰산염, 카르복실산에스테르, 카르복실산염, 알킬아미드알킬렌옥사이드 부가물, 알킬아민 등이 단독 또는 2종 이상을 조합하여 첨가될 수 있다.
상기 분산제는 상기 안료 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 잉크 조성물은 코팅성 및 소포성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 실리콘계 및 불소계 등의 코팅 개선제 또는 기판과의 접착력을 향상시키기 위하여 접착성 향상제 등을 더 포함할 수도 있다.
상기 코팅 개선제 및 접착성 향상제 등은 상기 잉크 조성물 총량에 대하여 0.01 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 컬러필터용 화소 제조 방법은 잉크젯 분사 방법을 이용한 것이다.
먼저, 기판상에 상기 본 발명의 일 측면에 따른 잉크 조성물을 잉크젯 분사 방법으로 단색 또는 삼색 동시 프린팅하여 패턴을 형성하는 단계 및 상기 패턴을 160 내지 300 ℃의 온도로 가열하여 10 내지 40 분 동안 경화시키는 단계를 포함한다.
예를 들면, 필요한 색의 수에 따라 여러 차례에 걸쳐 1.0 내지 2.0 ㎛의 두께로 상기 잉크 조성물을 분사하거나, 여러 색을 동시에 분사하여 패턴을 형성한 후 경화하여 컬러필터용 화소를 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 측면들을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
하기 표 1의 조성을 혼합하여 잉크 조성물을 제조하였다.
[표 1]
성분 | 중량% | |
(A) 아크릴계 수지 | 벤질 메타크릴레이트/시클로헥실 메타크릴레이트/스티렌/메타크릴산 공중합체 (단량비 = 40/36/15/10, 중량평균분자량 = 20,000) |
4 |
(B) 에폭시 수지 | 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물(0.5 중량%) 하기 화학식 4로 표시되는 화합물(1.5 중량%) |
2 |
(C) 반응성 불포화 화합물 |
디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 | 4 |
(D) 안료 | C.I. 피그먼트 레드 254호/177호 = 80/20 | 10 |
(E) 용제 | 디에틸렌글리콜 부틸에테르 아세테이트(60 중량%) 디에틸렌글리콜 부틸 에테르(20 중량%) |
80 |
실시예 1의 잉크 조성물 | 100 |
[화학식 3]
[화학식 4]
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 상기 (B) 에폭시 수지로서,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.5 중량% 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물 1.5 중량% 대신에,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 1.5 중량% 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물 0.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2의 잉크 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 상기 (B) 에폭시 수지 2 중량% 및 상기 용제 80 중량% 대신에,
상기 (B) 에폭시 수지 5 중량% 및 상기 용제 77중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 3의 잉크 조성물을 제조하였다.
이때, 용제는 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트 57중량% 및 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 20 중량%로 이루어진다.
[실시예 4]
상기 실시예 1에서 상기 (D) 안료로서,
C.I. 피그먼트 레드 254호/177호 = 80/20 대신에,
C.I. 피그먼트 그린 36호/C.I. 피그먼트 옐로우 150호 = 75/25를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 4의 잉크 조성물을 제조하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 1에서 상기 (D) 안료로서,
C.I. 피그먼트 레드 254호/177호 = 80/20 대신에,
C.I. 피그먼트 블루 15:6호/C.I. 피그먼트 바이올렛 23호 = 90/10을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 5의 잉크 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 상기 (B) 에폭시 수지를 사용하지 않고 용제를 82 중량%(디에틸렌글리콜 부틸에테르 아세테이트 62 중량%)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 잉크 조성물을 제조하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 상기 (B) 에폭시 수지로서,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.5 중량% 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물 1.5 중량% 대신에,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 2 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 2의 잉크 조성물을 제조하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 1에서 상기 (B) 에폭시 수지로서,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.5 중량% 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물 1.5 중량% 대신에,
상기 화학식 4로 표시되는 화합물 2 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 3의 잉크 조성물을 제조하였다.
[평가 1: 토출성 평가]
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 잉크 조성물을 각각 일반 용지에 액적 부피 20 pL를 1 회 분사 후 10 초 동안 대기하고, 다시 1 회 분사 후 20 초 대기하였으며, 반복적으로 10 초씩 대기 시간을 증가시켜 불균일하게 토출되는 잉크젯 헤드의 노즐이 발생하는 대기시간을 측정하였다. 이를 하기 평가 기준에 따라 평가 후, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<평가 기준>
◎: 대기 시간 300 초 이후에 불균일한 토출이 나타나는 경우
○: 대기 시간 200 내지 300 초 중에 불균일한 토출이 나타나는 경우
△: 대기 시간 100 내지 200 초 중에 불균일한 토출이 나타나는 경우
×: 대기 시간 100 초 이내에 불균일한 토출이 나타나는 경우
여기서, 상기 불균일한 토출은 노즐이 막혀 토출이 되지 않거나, 토출된 잉크가 원하는 픽셀에 떨어지지 않는 경우를 포함한다.
[평가 2: 내열성 평가]
블랙매트릭스가 형성된 기판상에 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 잉크 조성물을 2 ㎛의 두께로 프린팅하고, 220 ℃의 열풍순환식 건조로 안에서 40 분 동안 건조하여 패턴을 수득하였다. 이 패턴들을 220 ℃의 열풍순환식 건조로 안에서 40분 동안 방치한 후에 패턴의 변화를 광학현미경으로 관찰하였으며, 방치 후의 색차를 확인하기 위하여 색차 측정기기로 ΔE*을 측정하였다. 이를 하기 평가 기준에 따라 평가 후, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<평가 기준>
○: 패턴의 변화가 없으며, ΔE*가 3.0 이하인 경우
△: 패턴의 변화가 조금 있거나, ΔE*가 3.0 내지 5.0인 경우
×: 패턴의 변화가 많거나, ΔE*가 5.0 이상인 경우
[평가 3: 내화학성 평가]
블랙매트릭스가 형성된 기판상에 상기 실시예 1 내지 25 및 비교예 1 내지 5의 잉크 조성물을 1 내지 2 ㎛의 두께로 프린팅하고, 220 ℃의 열풍순환식 건조로 안에서 40 분 동안 건조하여 패턴을 수득하였다. 이 패턴들을 5 %의 수산화나트륨 수용액, N-메틸피롤리돈(NMP), 테트라메틸 암모늄하이드록시드(TMAH) 및 γ-부틸로락톤(γ-GBL)에 각각 30 분 동안 침지한 후, 꺼내어 건조한 후, 패턴의 변화를 광학현미경으로 관찰하였으며, 색차를 확인하기 위하여 색차 측정기기로 ΔE*을 측정하였다. 이를 하기 평가 기준에 따라 평가 후, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 상기 용액 중 어느 하나라도 하기의 평가 기준을 통과하지 못하면 불량으로 판정하였다.
<평가 기준>
○ : 패턴의 변화가 없으며, 색차(ΔE*)가 3.0 이하임
△ : 패턴의 변화가 조금 있거나, 색차(ΔE*)가 3.0 내지 5.0 임
× : 패턴의 변화가 많거나, 색차(ΔE*)가 5.0 이상임
[평가 4: 막강도 평가]
두께 0.7 ㎜의 탈지 세척한 유리기판상에 1 내지 2 ㎛의 두께로 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 잉크 조성물을 각각 도포하고, 220 ℃의 열풍순환식 건조로 안에서 40 분 동안 건조하여 코팅막을 수득하였다. 제조된 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 잉크 코팅막들을 각각 Statdler 社에서 제작한 연필 6종(1H~6H)으로 긁어 기판의 손상 정도에 따라서 막의 강도를 1H에서 6H까지 평가하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[평가 5: 저장 안정성 평가]
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 잉크 조성물을 1 주일간 40 ℃의 항온에서 보관한 후, 점도 변화를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<평가 기준>
○: 0 내지 0.2 cPs의 점도 변화를 보이는 경우
△: 0.2 내지 0.5 cPS의 점도 변화를 보이는 경우
×: 0.5 cPs 이상의 점도 변화를 보이는 경우
[표 2]
잉크 조성물 | 토출성 | 내열성 | 내화학성 | 막강도 | 저장안정성 |
실시예 1 | ◎ | ○ | ◎ | 4H | ○ |
실시예 2 | ○ | ◎ | ◎ | 4H | ○ |
실시예 3 | ○ | ◎ | ◎ | 4H | ○ |
실시예 4 | ◎ | ○ | ◎ | 4H | ○ |
실시예 5 | ◎ | ○ | ◎ | 4H | ○ |
비교예 1 | ○ | ○ | ○ | 3H | ○ |
비교예 2 | ◎ | ○ | ○ | 3H | ○ |
비교예 3 | △~○ | ◎ | ◎ | 4H | △~○ |
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 잉크 조성물은 토 출성 및 저장 안정성이 우수하고, 이를 적용한 컬러필터용 화소 패턴은 내열성, 내화학성 및 막강도가 우수한 것을 확인할 수 있었다.
Claims (5)
- 제1항에 있어서,상기 (B) 2종 이상의 에폭시 수지는,상기 화학식 1로 표시되는 화합물:상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 중량비가 25:75 내지 75:25인 것인 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 잉크 조성물은,상기 (A) 아크릴계 수지 1 내지 20 중량%;상기 (B) 2종 이상의 에폭시 수지 1 내지 10 중량%;상기 (C) 반응성 불포화 화합물 0.5 내지 15 중량%;상기 (D) 안료 1 내지 40 중량%; 및상기 (E) 용제 잔부량을 포함하는 것인 잉크 조성물.
- 기판상에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 잉크 조성물을 잉크젯 분 사 방법으로 단색 또는 삼색 동시 프린팅하여 패턴을 형성하는 단계; 및상기 패턴을 160 내지 300 ℃의 온도로 가열하여 경화시키는 단계를 포함하는 컬러필터용 화소 제조 방법.
- 제1항, 제2항, 및 제3항 중 어느 한 항에 따른 잉크 조성물을 이용하여 제조된 컬러필터.
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