KR101483331B1 - 컬러 필터 및 컬러 필터의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 블랙매트릭스 패턴 및 컬러 패턴을 포함하는 컬러 필터의 제조방법에 있어서, a) 기판 상에 컬러 패턴을 형성하는 단계; b) 상기 컬러 패턴에 의하여 구획되는 영역에 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계; 및 c) 상기 블랙매트릭스 패턴을 소성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 제조방법에 따른 컬러 필터는 4 내지 6㎛ 수준의 미세패턴을 형성할 수 있어 고개구율의 컬러 필터를 제조할 수 있다.

Description

컬러 필터 및 컬러 필터의 제조방법 {COLOR FILTER AND METHOD OF MANUFACTURING COLOR FILTER}
본 발명은 컬러 필터의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 컬러 필터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 미세 블랙매트릭스 패턴을 갖는 컬러 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
통상 디스플레이 제품에 사용되는 컬러 필터는 포토리소그래피 공정을 이용하여 블랙매트릭스 패턴을 형성한 뒤, 적색, 녹색, 청색 패턴을 형성한다. 이 때, 블랙매트릭스 패턴은 주로 네가티브 타입의 수지 블랙매트릭스를 이용하여 형성하는데, 4 내지 6㎛의 미세 패턴을 형성하는 데에는 많은 어려움이 있었다.
이에 반해, 최근 포토리소그래피 공정을 대체할 수 있는 기술로 리버스 오프셋 프린팅(reverse off-set printing) 공정이 개발되고 있다.
리버스 오프셋 프린팅 공정은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 고무 재질의 블랭킷(blanket)에 잉크를 도포하고, 인쇄판에 의해 원하지 않는 패턴부를 제거한 후, 블랭킷에 남아 있는 패턴부를 기판으로 전사하는 방식에 의해 미세 패턴을 형성하는 방법이다.
이러한 리버스 오프셋 프린팅 공정에 의하는 경우 4 내지 6㎛의 미세한 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 것이 가능하나, 그렇게 하기 위하여는 패턴 막의 두께가 0.5 내지 0.8㎛ 수준으로 얇아야 한다.
최근에는 블랙매트릭스 패턴의 광학밀도(OD)를 4.5/1.0㎛ 이상으로 높이고 있는데, 광학밀도(OD)를 높이기 위해서는 안료 함량을 높게 하거나 패턴 막의 두께를 1㎛ 이상으로 올려야 한다. 4 내지 6㎛의 미세 패턴 형성이 가능한 최대 두께인 0.8㎛에서 광학밀도를 4.5㎛ 이상으로 올리기 위해서는 전체 고형분 대비 안료함량이 60중량% 이상 함유되어야 하는데, 이렇게 되면 블랙매트릭스 패턴의 전기적 특성이 좋지 못하게 될 뿐만 아니라, 기판 접착력과 내화학성 등의 막의 물성이 크게 좋지 못하게 된다. 또한, 안료 함량을 55중량% 이하로 낮추면서 광학밀도를 4.5㎛ 이상으로 올리기 위해서는 패턴 막의 두께를 1.0㎛ 이상으로 두껍게 형성하여야 하는데, 이렇게 되면 패턴의 예리함이 떨어지는 문제가 있어 4 내지 6㎛ 수준의 미세 패턴을 형성하기가 어려워진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 패턴의 예리함을 유지하면서도 4 내지 6㎛ 수준의 미세 패턴을 포함하는 컬러 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 블랙매트릭스 패턴 및 컬러 패턴을 포함하는 컬러 필터의 제조방법에 있어서, a) 기판 상에 컬러 패턴을 형성하는 단계; b) 상기 컬러 패턴에 의하여 구획되는 영역에 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계; 및 c) 상기 블랙매트릭스 패턴을 소성(bake)하는 단계를 포함하는 컬러 필터의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조된 컬러 필터를 제공한다.
또한 본 발명은 블랙매트릭스 패턴 및 컬러 패턴을 포함하는 컬러 필터로서, 블랙매트릭스 패턴의 폭이 6㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 컬러 필터를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 컬러 필터를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 제조방법에 따른 컬러 필터는 6㎛ 이하, 바람직하게는 4 내지 6㎛ 수준의 미세 블랙매트릭스 패턴을 포함할 수 있어 고개구율의 컬러 필터를 제조할 수 있다.
도 1은 테두리부를 포함하는 컬러 패턴이 형성된 기판을 나타낸 평면도이다.
도 2는 테두리부를 포함하는 컬러 패턴이 형성된 기판을 나타낸 단면도이다.
도 3은 기판 상에 컬러 패턴 및 블랙매트릭스 패턴이 형성된 컬러 필터를 나타낸 평면도이다.
도 4는 컬러 패턴에 의하여 구획된 영역에 형성된 블랙매트릭스 패턴을 소성하는 과정을 나타낸 도이다.
도 5는 일반적인 리버스 오프셋 프린팅 공정에 의해 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 도이다.
도 6은 블랙매트릭스 패턴 모양을 갖는 인쇄판을 나타낸 도이다.
도 7은 리버스 오프셋 프린팅 공정을 이용하여 컬러 패턴이 형성된 기판 위에 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 과정을 나타내는 도이다.
도 8은 컬러 패턴이 형성된 기판 위에 잉크젯 방법에 의해 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물을 컬러 패턴 사이의 간격에 토출하여 패턴을 형성한 후, 소성하여 컬러 필터를 제조하는 공정을 나타낸 도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 컬러 필터의 제조 방법은 a) 기판 상에 컬러 패턴을 형성하는 단계; b) 상기 컬러 패턴에 의하여 구획되는 영역에 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계; 및 c) 상기 블랙매트릭스 패턴을 소성(bake)하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 컬러 필터의 제조 방법에 있어서, 상기 a) 단계는 기판 상에 컬러 패턴을 형성하는 단계이다.
도 1은 테두리부를 포함하는 컬러 패턴이 형성된 기판을 나타낸 평면도이고,
도 2는 테두리부를 포함하는 컬러 패턴이 형성된 기판을 나타낸 단면도이다.
상기 기판은 컬러 필터를 지지하기 위한 것으로서, 유리 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 플렉시블 표시 장치의 경우에는 플라스틱 필름을 사용할 수도 있다.
상기 a) 기판 상에 컬러 패턴을 형성하는 단계는 2 이상의 색상 패턴을 동시 또는 순차적으로 형성할 수 있다. 예컨대, 청색, 녹색, 적색의 컬러 패턴을 동시 또는 순차적으로 형성할 수 있으며, 이 때 당 기술분야에 알려진 방법에 의할 수 있다. 예를 들면, 리버스 오프셋 프린팅 공정과 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성할 수 있으며, 포토리소그래피 공정을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 공정을 이용하는 경우 격벽이 없이도 컬러 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
청색, 녹색, 적색의 컬러 패턴을 형성할 때 특별히 순서에 한정되지는 않으나, 도 1 및 2에 도시되어 있듯이, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT) 기판과 합착하는 데에 사용되는 테두리부 패턴을 함께 형성할 수 있는 패턴으로 청색 컬러 패턴을 이용하는 것이 바람직하다.
도 2에서와 같이 컬러 패턴 간의 간격은 6㎛ 이하, 바람직하게는 4 내지 6㎛가 되도록 형성할 수 있다. 컬러 패턴 간의 간격은 후에 블랙매트릭스 패턴이 형성되는 공간으로 되며, 본원의 고개구율의 컬러 필터를 제공하기 위하여는 컬러 패턴 간의 간격이 도 2에서와 같이 좁은 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 컬러 필터의 제조 방법에 있어서, 상기 b) 단계는 상기 컬러 패턴에 의하여 구획되는 영역에 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계이다.
도 3은 기판 상에 컬러 패턴 및 블랙매트릭스 패턴이 형성된 컬러 필터를 나타낸 평면도이고,
도 4는 컬러 패턴에 의하여 구획된 영역에 형성된 블랙매트릭스 패턴을 소성하는 과정을 나타낸 도이다.
상기 b) 단계에서 블랙매트릭스 패턴은 상기 컬러 패턴에 의하여 구획되는 영역 내에서만 형성할 수도 있지만, 도 4에서와 같이 컬러 패턴에 의하여 구획되는 영역 및 상기 컬러 패턴의 가장자리부에까지 형성할 수도 있다. 예컨대, 상기 블랙매트릭스 패턴을 소성하기 전에 그 패턴 폭은 5 내지 10㎛ 일 수 있으며, 이 경우 소성 후에 4 내지 6㎛의 미세 패턴을 형성하는 것이 가능하다.
컬러 패턴에 의하여 구획된 영역에 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 방법으로는 리버스 오프셋 프린팅과 잉크젯 프린팅 등의 방법을 사용할 수 있다.
이하, 상기 b) 단계의 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
리버스 오프셋 프린팅 방법을 이용하는 경우에는 블랙매트릭스 패턴 모양의 홈부를 갖는 인쇄판을 이용하여 컬러 패턴이 형성된 기판 위에 블랙매트릭스 패턴을 형성할 수 있다.
도 5에는 일반적인 리버스 오프셋 프린팅 공정도를 나타내었으며, 도 6에는 블랙매트릭스 패턴을 형성하기 위한 인쇄판을 나타내었다. 6㎛ 이하, 바람직하게는 4 내지 6㎛의 미세 패턴을 형성하기 위해서는 인쇄판의 홈부 폭의 길이가 5 내지 10㎛ 인 것이 바람직하다. 만약 홈부의 길이가 5㎛ 미만이면, 컬러 패턴이 형성된 기판에 블랙 매트릭스 패턴을 전사에 의해 형성할 때, 컬러 패턴 사이의 간격 전체를 채우지 못하여 빛샘이 발생할 가능성이 있으며, 홈부 폭의 길이가 10㎛를 초과하면, 컬러 패턴 가장자리부에 걸쳐진 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물이 소성 과정 동안 흘러 들어가지 못해 컬러 패턴 위에 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물이 잔류할 가능성이 있다.
도 7에는 리버스 오프셋 프린팅 공정을 이용하여 컬러 패턴이 형성된 기판 위에 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 과정을 나타내었다.
상기의 리버스 오프셋 프린팅 공정 이외에도 컬러 패턴이 형성된 기판 위에 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 블랙매트릭스 패턴을 형성할 수도 있다.
도 8에는 컬러 패턴이 형성된 기판 위에 잉크젯 방법에 의해 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물을 컬러 패턴 사이의 간격에 토출하여 패턴을 형성하고 소성하여 컬러 필터를 제조하는 공정도를 나타내었다.
이때 사용되는 잉크젯용 헤드(Head)의 노즐은 통상의 감열식(thermal type)이나 압전식(piezo type) 등을 사용할 수 있다.
상기와 같이 컬러 패턴이 형성된 기판 위에 리버스 오프셋 프린팅이나 잉크젯 프린팅의 방법을 통하여 형성한 블랙매트릭스 패턴을 소성하게 되면, 도 4에서와 같이 컬러 패턴 사이로 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물이 흘러 들어가게 되어 공간을 채울 수 있기 때문에 4 내지 6㎛의 미세 패턴을 형성할 수 있게 된다.
상기 블랙매트릭스 패턴은 1 내지 2㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 블랙매트릭스 패턴의 두께가 1㎛ 미만이면 광학밀도가 낮아 빛샘이 발생할 우려가 있고, 2㎛를 초과하면 컬러 패턴의 두께보다 블랙매트릭스의 두께가 두껍게 형성되어 단차가 발생할 수 있다.
상기 블랙매트릭스 패턴 형성에 사용되는 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물로서는 통상의 포토리소그래피에 사용되는 광경화형 블랙매트릭스 포토레지스트를 이용할 수도 있으며, 리버스 오프셋 프린팅과 잉크젯 프린팅에 적합한 열경화형 블랙매트릭스 잉크 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물은 바인더 수지, 다관능성 모노머, 개시제, 안료 및 용매를 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지는 산기 함유 모노머, 상기 산기 함유 모노머와 공중합 가능한 모노머를 반복단위로 포함하는 바인더 수지를 사용할 수 있다.
상기 산기 함유 모노머는 (메트)아크릴산, 크로톤산, 이타콘산, 말레인산, 푸마르산, 모노메틸 말레인산, 이소프렌 술폰산, 스티렌 술폰산, 5-노보넨-2-카복실산 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이다. 상기 산기 함유 모노머는 바인더 수지 내에서 경화제와의 반응성을 높여 열경화도를 향상시킴과 동시에 알칼리 용액에 의한 클리쉐의 세정 향상의 효과를 위해 첨가되는 것으로서, 전체 바인더 수지 중에서 20 내지 50몰%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 산기 함유 모노머와 공중합 가능한 모노머를 포함하며, 예를 들어, 불포화 카르복시산 에스테르류; 방향족 비닐 단량체류; 불포화 에테르류; N-비닐 3차 아민류; 불포화 이미드류; 및 무수 말레산류로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이다.
상기 불포화 카르복시산 에스테르류의 구체적인 예로는, 벤질(메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 에틸헥실(메타)아크릴레이트, 2-페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 테트라히드로퍼프릴(메타)아크릴레이트, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-클로로프로필(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 아실옥틸옥시-2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 글리세롤(메타)아크릴레이트, 2-메톡시에틸(메타)아크릴레이트, 3-메톡시부틸(메타)아크릴레이트, 에톡시디에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시트리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 메틸에테르(메타)아크릴레이트, 페녹시디에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, p-노닐페녹시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, p-노닐페녹시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 테트라플루오로프로필(메타)아크릴레이트, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 (메타)아크릴레이트, 옥타플루오로펜틸(메타)아크릴레이트, 헵타데카플루오로데실(메타)아크릴레이트, 트리브로모페닐(메타)아크릴레이트, 메틸 α-히드록시메틸 아크릴레이트, 에틸 α-히드록시메틸 아크릴레이트, 프로필 α-히드록시메틸 아크릴레이트 및 부틸 α-히드록시메틸 아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이고;
상기 방향족 비닐 단량체류의 구체적인 예로는, 스티렌, α-메틸스티렌, (o,m,p)-비닐 톨루엔, (o,m,p)-메톡시 스티렌, 및 (o,m,p)-클로로 스티렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이고;
상기 불포화 에테르류의 구체적인 예로는, 비닐 메틸 에테르, 비닐 에틸 에테르, 및 알릴 글리시딜 에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것이고;
상기 N-비닐 3차 아민류의 구체적인 예로는, N-비닐 피롤리돈, N-비닐 카바졸, 및 N-비닐 모폴린으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것이고;
상기 불포화 이미드류의 구체적인 예로는, N-페닐 말레이미드, N-(4-클로로페닐) 말레이미드, N-(4-히드록시페닐) 말레이미드, 및 N-시클로헥실 말레이미드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것이고;
상기 무수 말레산류의 구체적인 예로는 무수 말레인산 또는 무수 메틸 말레인산 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 산기 함유 모노머와 공중합 가능한 모노머는 바인더 수지 내에서 잉크의 내열성 및 내화학성 등의 물성 향상의 효과를 위해 첨가되는 것으로서, 전체 바인더 수지 중에서 50 내지 80몰%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 바인더 수지는 상기 산기 함유 모노머, 이와 공중합 가능한 모노머 모노머 이외에도, 필름 강도를 향상시킬 수 있는 에폭시기를 함유한 에틸렌성 불포화 화합물을 포함할 수도 있다.
상기 에폭시기를 함유한 에틸렌성 불포화 화합물로는 알릴 글리시딜에테르, 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 3,4-에폭시시클로헥실메틸 (메타)아크릴레이트, 글리시딜 5-노보넨-2-메틸-2-카복실레이트(엔도, 엑소 혼합물), 1,2-에폭시-5-헥센 및 1,2-에폭시-9-데센으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 에폭시기를 함유한 에틸렌성 불포화 화합물은 전체 바인더 수지 중 10몰% 이내로 포함될 수 있다. 상기 에폭시기를 함유한 에틸렌성 불포화 화합물이 10몰% 이상 함유되면 수지의 저장 안정성이 떨어질 수 있다.
상기 바인더 수지는 산가 약 30 내지 150 KOHmg/g, 중량평균분자량 5,000 내지 30,000, 바람직하기로는 7,000 내지 20,000일 수 있다. 상기 산가가 30 KOHmg/g 이상인 것이 세정개선의 효과에 유리하고, 150 KOHmg/g 이하인 것이 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물의 저장안정성에 유리하다. 또한, 바인더 수지의 분자량이 5,000 이상인 것이 막의 물성이 떨어질 위험을 방지할 수 있고, 분자량이 30,000 이하인 것이 잉크의 건조에 따른 공정 마진 감소를 방지할 수 있다.
상기 바인더 수지는 전체 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물 중 1 내지 10중량%로 포함되는 것이 적절한 경화도에 따른 물성 감소를 방지하고 고함량의 고분자 수지에 의한 프린팅 공정 특성 저하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 블랙매트릭스 잉크는 다관능성 모노머로 에틸렌성 불포화 중합성 화합물을 포함할 수 있다.
상기 에틸렌성 불포화 중합성 화합물로는 폴리에틸렌 글리콜모노(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜모노(메타)아크릴레이트, 또는 페녹시에틸(메타)아크릴레이트 등의 단관능성 모노머, 폴리에틸렌 글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 트리메틸올 에탄 트리 아크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 네오펜틸글리콜(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라 아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리 아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타 아크릴레이트, 또는 디펜타에리트리톨 헥사 아크릴레이트 등의 다관능성 모노머 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 카프로락톤을 도입한 관능성 아크릴 모노머로는 디펜타에리트리톨에 도입한 KAYARAD DPCA-20, 30, 60, 120, 테트라히드로퓨릴 아크릴레이트에 도입한 KAYARAD TC-110S, 또는 네오펜틸글리콜 히드록시피발레이트에 도입한 KAYARAD HX-220, KAYARAD HK-620 등을 사용할 수 있다. 그 외에 사용가능한 다관능성 모노머로는 비스페놀A 유도체의 에폭시아크릴레이트, 노볼락-에폭시아크릴레이트, 우레탄계의 다관능성 아크릴레이트로 U-324A, U15HA 또는 U-4HA 등을 사용할 수 있다. 상기 다관능성 모노머는 단독 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 다관능성 모노머는 전체 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물 중 2 내지 10중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 다관능성 모노머의 함량이 2 중량% 이상인 것이 경화도 저하에 따른 코팅 필름의 강도 저하를 방지할 수 있고, 10 중량% 이상인 것이 점착성 과잉에 따른 필름의 강도 저하 및 열경화시 미반응성 모노머의 열분해에 의한 오염의 위험을 방지할 수 있다.
상기 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물에 사용되는 개시제로는 열중합 개시제로서, 아조계 화합물로 Wako Pure chemical Industris. Ltd.의 아조 니트릴계인 V-60, V-65, V-59, V-70, V-40과 아조 에스터계인 V-601, 아조 아미드계인 VA-086, VA-085, VA-080, Vam-110, Vam-111, VF-096, 아조 아미딘계인 V-50, VA-044, VA-046B, Aam-027, VA-060, VA-057, VA-061, 매크로아조계 개시제인 VPS-0501, VPS-1001, VPE-0201, VPE-0401, VPE-0601, VPTG-0301 등을 사용할 수 있고, 광개시제로서, 2,4-트리클로로메틸-(4'-메톡시페닐)-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-(4'-메톡시스티릴)-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-(피플로닐)-6-트리아진, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤, 4-(2-히드록시에톡시)-페닐 (2-히드록시)프로필 케톤, 벤조페논, 2,4,6-트리메틸아미노벤조페논 등에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 안료는 블랙 매트릭스의 차광기능 수행을 위해 흑색안료를 포함할 수 있다. 상기 흑색안료로는 카본 블랙(carbon black)이 바람직하다. 상기 카본 블랙은 단독으로 사용될 수 있으나, 다른 착색안료와 혼합하여 사용될 수도 있다. 카본 블랙과 혼합 사용될 수 있는 착색안료로는, 카민 6B, 프탈로시아닌 그린, 프탈로시아닌 블루, 페릴렌 블랙 또는 시아닌 블랙 등이 있다.
상기 안료는 상기 안료는 전체 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물 중 3 내지 15중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 안료의 함량이 3 중량% 이상인 것이 상기 블랙 매트릭스용 패턴 형성용 잉크 조성물로 형성된 블랙 매트릭스 패턴의 두께당 광학밀도(Optical Density:OD)를 높이는데 유리하고, 이로 인해 프린팅 공정에 의해서도 패턴의 모양과 sharpness가 양호한 패턴을 형성할 수 있다. 또한 상기 안료의 함량이 15 중량% 이하인 경우, 기타 성분 등이 상대적으로 적어지므로 블랙매트릭스 패턴의 형성을 위한 공정 특성 저하를 방지할 수 있고, 블랙매트릭스 패턴 표면의 전기적 특성, 기판과의 접착력 및 표면특성 등의 여러 특성에 유리하다.
상기 용매는 용해성, 안료분산성, 코팅성 및 롤 프린팅에 의한 패턴 전사성 등을 고려할 때, 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 자일렌(xylene), 히이드로퀴논(hydroquinone), 헥산(hexane)과 같은 방향족 탄화수소계열의 용매; 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 이소-프로필 알코올(iso-propyl alcohol), 테트라글리콜(tetraglycol), 메톡시 프로판올(methoxy propanol), 에톡시 프로판올(ethoxy propanol), 부톡시 프로판올(butoxy propanol), 벤질 알코올(benzyl alcohol) 등의 알코올류 용매; 모노메틸아민(monomethylamine), 모노에틸아민(monoethylamine), 모노에탄올아민(monoethanolamine) 1-아미노-2-프로판올(1-amino-2-propanol), 2-메틸아미노에탄올(2-methylaminoethanol), 디메틸에탄올아민(dimethylethanolamine), 메틸피롤리돈(methylpyrrolidone), 디에탄올아민(diethanolamine), 디에틸아미노에탄올(diethylaminoethanol), 트리에탄올아민(triethanolamine) 등의 아민류 용매; 부티로락톤(butyrolactone), 프로필 아세테이트(propyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 에틸 프로피오네이트(ethyl propionate), 에틸 피루베이트(ethyl pyruvate), 부틸 아세테이트(butyl acetate), 에틸 락테이트 (ethyl lactate), 메틸-2-하이드록시 이소부틸레이트(methyl-2-hydroxy isobutyrate), 에틸렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(ethylene glycol methyl ether acetate), 에텔렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트(ethylene glycol monobutyl ether acetate), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate), 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(propylene glycol monoethyl ether acetate, 2-ethyoxyethyl acetate), 에틸에톡시 프로피오네이트(ethylethoxy propionate), 부틸 락테이트(butyl lactate), 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(diethylene glycol monomethyl ether acetate), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(diethylene glycol monoethyl ether acetate), 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트(diethylene glycol monobutyl ether acetate), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트(ethylene glycol monobutyl ether acetate), 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트(diethylene glycol monobutyl ether acetate) 등의 에테르류 용매; 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofurane), 1,4-다이옥산(1,4-dioxane), 1-메톡시-2-프로판올(1-methoxy-2-propanol), 메톡시벤젠(methyoxybenzene), 디부틸 에테르(dibutyl ether), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(diethylene glycol monoethyl ether), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(diethylene glycol dimethyl ether), 디에틸렌 글리콜 에틸메틸 에테르(diethylene glycol ethylmethyl ether), 디에틸렌 글리콜 디에틸 에테르(diethylene glycol diethyl ether), 디프로피리렌 글리콜 모노에틸 에테르(dipropylene glycol monoethyl ether), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(dipropylene glycol monomethyl ether), 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르(diethylene glycol butyl ether), 디페닐 에테르(diphenyl ether), 아세트산 3-메톡시부틸 에스테르(acetic acid 3-methoxybutyl ester) 등의 에스테르류 용매; 및 아세테이트(acetate), 시클로헥산(cyclohexanone), 메틸 부틸 케톤(methyl butyl ketone), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 2-헵타논(2-heptanone), 부티로락톤(butyrolactone) 등의 케톤류 용매 등을 사용할 수 있으며, 상기 용매는 단독 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그러나, 이들 용매의 예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 당 기술분야에 알려진 것들을 이용할 수 있다.
상기 용매는 전체 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물 중 60 내지 90 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 용매의 함량이 60 중량% 이상인 것이 잉크의 고형분 함량 증가에 따른 점도 증가를 방지하여 블랭킷으로의 잉크 코팅에 유리하며, 용매의 함량이 90 중량% 이하인 것이 고형분 함량이 지나치게 적어져 점도가 낮아짐에 따른 코팅의 어려움을 방지할 수 있고, 패턴 전사를 위해 휘발해야 하는 용매의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물은 선택적으로 계면활성제의 첨가제를 포함할 수도 있다.
상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제 또는 불소계 계면활성제가 바람직하며, 구체적으로, 실리콘계 계면활성제는 BYK-Chemie 사의 BYK-077, BYK-085, BYK-300, BYK-301, BYK-302, BYK-306, BYK-307, BYK-310, BYK-320, BYK-322, BYK-323, BYK-325, BYK-330, BYK-331, BYK-333, BYK-335, BYK-341v344, BYK-345v346, BYK-348, BYK-354, BYK-355, BYK-356, BYK-358, BYK-361, BYK-370, BYK-371, BYK-375, BYK-380 또는 BYK-390 등을 사용할 수 있으며, 불소계 계면활성제로는 DIC(DaiNippon Ink & Chemicals) 사의 F-114, F-177, F-410, F-411, F-450, F-493, F-494, F-443, F-444, F-445, F-446, F-470, F-471, F-472SF, F-474, F-475, F-477, F-478, F-479, F-480SF, F-482, F-483, F-484, F-486, F-487, F-172D, MCF-350SF, TF-1025SF, TF-1117SF, TF-1026SF, TF-1128, TF-1127, TF-1129, TF-1126, TF-1130, TF-1116SF, TF-1131, TF1132, TF1027SF, TF-1441 또는 TF-1442 등을 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 블랙 매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물의 표면장력을 조절하기 위해 첨가되는 계면활성제는 전체 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물 중 0.03 내지 0.5 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 계면활성제의 함량이 0.03 중량% 이상인 것이 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물의 표면장력을 낮추는 효과가 충분하여 블랭킷에의 코팅불량이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 0.5 중량% 이하인 것이 과량의 계면활성제에 의한 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물의 상용성 및 소포성 감소를 방지할 수 있다.
상기 블랙매트릭스 잉크 조성물에는 필요에 따라 추가로 분산제, 밀착촉진제 및 산화방지제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 첨가제를 추가로 사용할 수 있다.
상기 분산제는 미리 안료를 표면처리하는 형태로 안료에 내부 첨가시키는 방법, 또는 안료에 외부 첨가시키는 방법으로 사용할 수 있다. 상기 분산제로는 고분자형, 비이온성, 음이온성, 또는 양이온성 분산제를 사용할 수 있으며, 그 예로는 폴리알킬렌글리콜 및 이의 에스테르, 폴리옥시알킬렌 다가알콜, 에스테르알킬렌 옥사이드 부가물, 알코올알킬렌옥사이드 부가물, 설폰산 에스테르, 설폰산염, 카르복실산에스테르, 카르복실산염, 알킬아미드알킬렌옥사이드 부가물, 또는 알킬아민 등이 있다. 이들은 단독으로 첨가하거나 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 밀착촉진제는 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 또는 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 사용할 수 있다. 상기 산화방지제는 2,2-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 또는 2,6-g,t-부틸페놀 등을 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 전체 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물 중 0 초과, 5 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 컬러 필터의 제조 방법에 있어서, 상기 c) 단계는 상기 블랙매트릭스 패턴을 소성하는 단계이다.
블랙매트릭스 패턴 잉크를 소성하면 도 4에서와 같이 컬러 패턴 간의 공간을 채우게 되며, 컬러 패턴 및 블랙매트릭스 패턴이 형성된 컬러 필터가 만들어진다.
이 때, 소성 단계는 150 내지 250℃의 온도에서 수행함이 바람직하다.
소성온도가 150℃보다 낮으면 용매가 잔존할 가능성이 있으며, 소성에 의한 경화도가 감소하여 블랙매트릭스 막의 물성이 저하될 우려가 있다. 소성온도가 250℃를 초과하면, 바인더 수지를 비롯한 유기물의 열에 의한 분해에 의해 흄(Fume)이 발생할 수 있으며, 블랙매트릭스 패턴의 물성이 저하될 우려가 있다.
상기 a) 단계에서 컬러 패턴 간의 간격은 6㎛ 이하로 형성하는 경우 블랙매트릭스 패턴의 폭은 소성 후에 6㎛ 이하, 바람직하게는 4 내지 6㎛로 형성될 수 있다. 블랙매트릭스 패턴 폭이 좁게 형성되어 미세 패턴을 형성할 수 있다면 고개구율의 컬러 필터를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조된 컬러 필터를 제공한다.
본 발명에서는, 블랙매트릭스 패턴 및 컬러 패턴을 포함하는 컬러 필터로서, 블랙매트릭스 패턴의 폭을 6㎛ 이하로 형성하여, 블랙매트릭스 간의 간격이 좁게 형성되어 미세 패턴을 형성할 수 있다면 고개구율의 컬러 필터를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 컬러 필터를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 전술한 본 발명에 따른 컬러 필터를 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려진 구성을 가질 수 있다.

Claims (17)

  1. 블랙매트릭스 패턴 및 컬러 패턴을 포함하는 컬러 필터의 제조방법에 있어서,
    a) 기판 상에 컬러 패턴을 형성하는 단계;
    b) 상기 컬러 패턴에 의하여 구획되는 영역에 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계; 및
    c) 상기 블랙매트릭스 패턴을 소성(bake)하는 단계를 포함하고,
    상기 a) 컬러 패턴 형성 단계는 컬러 패턴의 간격을 6 ㎛ 이하로 형성하는 것인 컬러 필터의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 a) 컬러 패턴 형성 단계는 리버스 오프셋 프린팅 공정 또는 포토리소그래피 공정에 의하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 b) 블랙매트릭스 패턴 형성 단계는 상기 블랙매트릭스 패턴을 상기 컬러 패턴에 의하여 구획되는 영역 및 상기 컬러 패턴의 가장자리부에까지 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 a) 단계에서는 컬러 패턴의 간격을 4 내지 6 ㎛로 형성하고, 상기 b) 단계에서는 블랙매트릭스의 패턴 폭을 5 내지 10 ㎛로 형성하는 것인 컬러 필터의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 b) 블랙매트릭스 패턴 형성 단계는 리버스 오프셋 프린팅 공정 또는 잉크젯 프린팅 공정에 의하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 b) 블랙매트릭스 패턴 형성 단계가 리버스 오프셋 프린팅 공정에 의하는 경우, 인쇄판의 홈부 폭의 길이가 5 내지 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 b) 블랙매트릭스 패턴 형성 단계에서 블랙매트릭스 패턴은 1 내지 2㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 b) 블랙매트릭스 패턴 형성 단계는 바인더 수지, 다관능성 모노머, 안료 및 용매를 포함하는 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 블랙매트릭스 패턴 형성용 잉크 조성물은 개시제, 계면활성제, 분산제, 밀착촉진제 및 산화방지제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 c) 블랙매트릭스 패턴 소성 단계는 소성을 150 내지 250℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 c) 블랙매트릭스 패턴 소성 단계는 상기 블랙매트릭스 패턴의 폭이 6㎛ 이하가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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