KR102145656B1 - 컬러필터 평탄화막용 열경화성 수지 조성물 및 이를 이용한 평탄화막 - Google Patents

컬러필터 평탄화막용 열경화성 수지 조성물 및 이를 이용한 평탄화막 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 중량평균분자량(Mw) 1,500 이상 7,000 이하의 실록산 바인더 수지 및 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물을 포함하고, 상기 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물의 함량은 전체 수지 조성물의 고형분을 기준으로 40 중량% 내지 80 중량% 인 열경화성 수지 조성물 및 이를 이용한 평탄화막 을 제공한다.

Description

컬러필터 평탄화막용 열경화성 수지 조성물 및 이를 이용한 평탄화막 {THERMOSETTING RESIN COMPOSITION FOR OVER COAT FILM OF A COLOR FILTER AND OVER COAT FILM THEREOF}
본 명세서는 컬러필터 평탄화막용 열경화성 수지 조성물 및 이를 이용한 평탄화막 에 관한 것이다.
본 발명은 컬러필터 평탄화막(over coat) 형성 재료로 유용한 열경화성 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LCD 공정에서의 컬러필터 기판의 평탄화 및 컬러필터 상부를 보호하기 위한 열경화성 조성물과 이를 이용해 형성된 평탄화막에 관한 것이다.
최근 디스플레이 산업에서 고휘도, 저소비전력 차원에서 기존 RGB에 화이트 픽셀(White pixel)이 추가된 RGBW 구조의 컬러필터가 개발 및 적용되는 추세를 보이고 있다.
그러나, RGBW 구조의 경우 W부가 RGB와는 다르게 빈공간으로 존재하므로 빈공간에 따른 큰 단차를 해결해야하는 기술적 문제가 존재한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 빈공간인 W부를 투명한 포토레지스트(PR)로 패턴을 형성한 이후 평탄화막을 추가로 형성하는 방법이 현재 적용되고 있으나, W 픽셀 형성과 평탄화막 형성의 두 가지 공정이 각각 진행되어야 하므로 재료 및 공정적인 손실이 존재하게 된다.
이에, 단위막 한 층으로 W부를 메우면서 RGB 상부를 평탄하게 할 수 있는 고평탄 재료의 개발이 필요하며, 기존 평탄화막의 경우 RGBW에 적용하였을 때 그 평탄화 정도가 부족하여 새로운 재료 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제2008-0091553호
본 출원에서는 컬러필터 평탄화막용 열경화성 수지 조성물 및 이를 이용한 평탄화막 을 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 중량평균분자량(Mw) 1,500 이상 7,000 이하의 실록산 바인더 수지 및 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물을 포함하고,
상기 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물의 함량은 전체 수지 조성물의 고형분을 기준으로 40 중량% 내지 80 중량% 인 열경화성 수지 조성물을 제공한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 전술한 열경화성 수지 조성물로 제조된 평탄화막을 제공한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 전술한 평탄화막을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 전술한 평탄화막을 포함하는 컬러필터를 제공한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 전술한 컬러필터를 포함하는 액정 표시 소자를 제공한다.
본 명세서에 일 실시상태에 따른 열경화성 수지 조성물은 내화학성, 투명도와 같은 종래의 열경화성 수지 조성물의 특성을 유지하면서, 특징적으로 RGBW에 적용하였을 때 평탄화도가 우수한 장점이 있다. 본 출원의 일 실시상태에 따른 열경화성 수지 조성물을 이용하여 제조한 평탄화막은 액정 표시 소자에 적용할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 컬러필터를 도시한 것이다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 열경화성 수지 조성물은 중량평균분자량(Mw) 1,500 이상 7,000 이하의 실록산 바인더 수지 및 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물을 포함할 수 있고, 상기 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물의 함량은 전체 수지 조성물의 고형분을 기준으로 40 중량% 내지 80 중량% 일 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 열경화성 수지 조성물에 적용된 바인더의 중량평균분자량은 1,500 이상 7,000 이하일 수 있으며, 바람직하게는 3,000 이상 6,000 이하일 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물의 함량이 전체 수지 조성물의 고형분을 기준으로 40 중량% 내지 80중량% 일 수 있으며, 바람직하게는 50 중량% 내지 70 중량% 일 수 있다.
열경화성 수지 조성물 중 종래의 아크릴-에폭시 기반의 바인더의 경우 중량평균분자량 7,000 이하의 낮은 분자량의 바인더 수득이 쉽지 않고, 분자량이 낮은 아크릴-에폭시 기반의 바인더를 적용하더라도 낮은 분자량으로 인해 내열 특성, 내화학성 및 아웃 가싱(Out gassing) 특성이 불량하다. 또한, 상기 바인더의 중량평균분자량이 1,500 미만일 경우, 열경화성 수지 조성물 형성시의 점도 및 평탄화막 형성시의 균일도가 저하될 수 있다.
더욱이, 본 발명자들은 열경화성 수지 조성물 중 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물의 함량이 전체 수지 조성물의 고형분을 기준으로 40 중량% 미만인 경우에는 평탄도 특성을 달성하기 어렵다는 것을 밝혀내었다.
이에, 열경화성 수지 조성물에 분자량이 낮은 실리콘계 바인더 및 특정 함량 이상의 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물의 적용을 통하여 평탄도가 우수하면서 내화학성 및 아웃 가싱(Out gassing) 등과 같은 신뢰성이 달성된 열경화성 수지 조성물을 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 실록산 바인더 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 것인 열경화성 수지 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017117538489-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, R1은
Figure 112017117538489-pat00002
이고, 상기 R'는 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기 또는 치환 또는 비치환된 알키닐기이고, R2는 에폭시기, 알콕시기, 카르복실기 또는 히드록실기이며, R3 내지 R6은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 10의 정수이며, x, y 및 z는 x+y+z = 1을 기준으로 각각 괄호 내 구조의 몰 비율이며, x는 0.2 내지 0.5이고, y는 0.3 내지 0.6이며, z는 0.1 내지 0.4이다.
본 명세서에 있어서, 상기
Figure 112017117538489-pat00003
는 상기 화학식 1의 Si와 연결되는 부위이다.
상기 구조의 실록산 바인더 수지를 사용할 경우 낮은 분자량으로 인하여 평탄특성이 우수하고, 그물형태의 경화 구조를 가지므로 평탄화막 형성 후 우수한 내화학 특성을 가진다. 상기 z 부분이 포함되지 않을 경우 조성물 형성시 아크릴레이트 재료와의 상용성 부족으로 백탁 등이 발생할 수 있고, 코팅막 형성시 균일성(Uniformity)이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알키닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 에티닐, 프로피닐, 2-메틸-2프로피닐, 2-부티닐, 2-펜티닐 등의 알키닐기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 R'는 탄소수 2 내지 30의 알케닐기이다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 R'는 탄소수 2 내지 15의 알케닐기이다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 R'는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기이다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 R'는 탄소수 2 내지 30의 알키닐기이다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 R'는 탄소수 2 내지 15의 알키닐기이다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 R'는 탄소수 2 내지 4의 알키닐기이다.
본 명세서에 있어서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치, 즉 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 카르보닐기; 에스테르기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물은 관능기 개수의 제한이 없으며, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다.
상기 (메트)아크릴레이트계 화합물로는 메타크릴산, (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, 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 선택될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 관능성 (메트)아크릴레이트 화합물은 하기 화합물 중 1종 이상일 수 있다.
Figure 112017117538489-pat00004
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고형분의 함량은 전체 열경화성 수지 조성물을 기준으로 5 중량% 내지 90 중량%일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 실록산 바인더 수지의 함량은 상기 열경화성 수지 조성물의 고형분 100 중량%를 기준으로, 15 중량% 내지 55 중량%일 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 실록산 바인더 수지의 함량은 상기 열경화성 수지 조성물의 고형분 100 중량%를 기준으로, 25 중량% 내지 45 중량%일 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 실록산 바인더 수지의 함량은 상기 열경화성 수지 조성물의 고형분 100 중량%를 기준으로, 30 중량% 내지 40 중량%일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 열경화성 수지 조성물은 접착조제, 계면활성제 및 용매로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접착조제의 함량은 상기 열경화성 수지 조성물의 고형분 100 중량%를 기준으로, 1 중량% 내지 10 중량%일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 계면활성제는 BYK 화학사에서 제조된 BYK series (066,141, 306, 307, 310, 315, 320, 322, 323, 330, 331, 333, 340, 355, UV3500,358N, A555), DIC사에서 제조된 MEGAFACE series (BL-20, R-30, F-477, R-08, F-486, F-475, F-488, F-110, TF-1697, TF-1624) 및3M 사에서 제조된 Novec series (FC-4430, FC-4432) 중 어느 하나이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 계면활성제의 함량은 상기 열경화성 수지 조성물의 고형분 100 중량%를 기준으로, 0.01 중량% 내지 3 중량%일 수 있다.
본 명세서에 있어서 용매로는 구성 성분을 균일하게 용해시킬 수 있고 동시에 화학적으로 안정하여 상기 조성물의 성분과 반응성이 없는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 용매는 케톤계 화합물, 에테르계 화합물, 에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트계 화합물, 프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트계 화합물, 에틸렌글리콜계 화합물 및 에스테르계 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합이다.
상기 케톤계 화합물은 메틸에틸케톤 또는 시클로헥사논일 수 있다. 상기 에테르계 화합물은 테트라히드로퓨란일 수 있다. 상기 에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트계 화합물은 메틸셀로솔브 아세테이트, 에틸셀로솔브 아세테이트 또는 에틸렌글리콜 부틸에테르 아세테이트 일 수 있다. 상기 프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트계 화합물은 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 에틸에테르 아세테이트 또는 프로필렌글리콜 프로필에테르 아세테이트일 수 있다.
상기 에틸렌글리콜계 화합물은 부틸셀로솔브, 2-메톡시에틸 에테르, 에틸렌글리콜 에틸메틸에테르 또는 에틸렌글리콜 디에틸에테르일 수 있다.
상기 에스테르계 화합물은 에틸 아세테이트, 에틸 락테이트, 메틸-3-메톡시프로피오네이트, 메틸 3-부톡시 프로피오네이트 또는 에틸 3-에톡시 프로피오네이트일 수 있다.
상기 용매의 에스테르계 화합물이 메틸-3-메톡시 프로피오네이트 또는 메틸-3-메톡시 프로피오네이트가 혼합된 용매인 경우, 바인더 수지의 점도를 떨어뜨려 상기 열경화성 수지 조성물의 점도가 낮아진다. 상기와 같이 점도를 조절하여, 상기 조성물의 코팅 속도를 조절할 수 있다.
상기 용매의 에틸렌글리콜계 화합물이 에틸렌글리콜 에틸메틸에티르일 경우, 바인더 수지의 저장 안정성이 좋아져 상기 열경화성 수지 조성물의 저장 안정성을 좋게 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 용매는 상기 열경화성 수지 조성물의 전체 중량에 대하여, 10 중량% 내지 50 중량%일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 열경화성 수지 조성물의 점도는 1.0 cP 이상 10 cP 이하일 수 있다.
상기 열경화성 수지 조성물의 점도가 1.0 cP 이상 10 cP 이하일 경우, 후막 형성이 용이하며, 1.0 cP 미만일 경우 코팅 후 일정 두께 이상의 막 형성이 불리하고, 10 cP 초과할 경우 슬릿 코팅시 균일한 코팅막 형성이 불리하다.
상기 점도 측정의 경우 비스코클락(Viscoclock) 장비를 이용한 모세관 점도계 및 브룩필드(Brookfield) 장비를 이용한 스핀들 타입(Spindle type)의 점도계를 이용하여 25℃ 기준에서 측정한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 전술한 열경화성 수지 조성물의 경화물을 포함하는 평탄화막을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 평탄화막은 평탄도(DOP)가 80% 이상일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 평탄도(DOP, Degree of planarization)란 하기 식 1로 도출되는 것이다.
[식 1]
DOP=(초기 단차- 코팅 후 단차)/초기 단차ｘ100
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차는 두께를 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 평탄화막의 경우 포토레지스트 상부에 코팅이 되며, 초기 단차의 경우 초기 포토레지스트의 두께, 코팅 후 단차의 경우 평탄화막 코팅 후 단차이고, 상기 식으로 계산된 DOP(Degree of planarization)의 경우 초기 단차로 나누어 평탄화를 시키는 정도를 나타낸다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 포토레지스트의 패턴 사이즈는 적용되는 디스플레이의 사이즈에 따라 다양하며, 일반적으로 모바일의 경우 수십 마이크로미터에서 대형 TV의 경우 수백 마이크로미터까지 다양하다. 또한, 포토레지스트의 두께는 디스플레이의 사이즈에 상관없이 0.5 내지 4.5 마이크로미터 수준으로 형성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 코팅 후의 의미는 평탄화막의 코팅 후 포스트베이크(Post bake) 공정까지 진행하여 단위막 공정을 완전히 마친 후를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차의 측정은 비접촉식 두께 측정기(SNU 3D profiler)를 이용하여, 코팅 전 포토레지스트(Color-White)의 단차를 측정하고, 평탄화막 코팅 후(Color-White)의 상부 평탄화막의 단차를 측정한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 도면 1의 T3에 해당하는 평탄화막(포토레지스트 상부)의 두께는 0.5 내지 4.5μm일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 포토레지스트로 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴 상에 전술한 열경화성 수지 조성물을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 열경화성 수지 조성물을 포스트 베이크 공정으로 경화하는 단계를 포함하는 평탄화막의 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 구비된 포토레지스트로 형성된 패턴을 포함하고, 상기 기판 상에 상기 패턴을 덮도록 구비된 전술한 평탄화막을 포함하는 컬러 필터를 제공한다.
상기 컬러 필터는 블랙매트리스, 컬러패턴 및 공통 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 컬러패턴은 적색 패턴, 녹색 패턴 및 청색 패턴(RGB패턴)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 전술한 평탄화막을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
상기 디스플레이 장치는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 터치패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin FIlm Transistor- Liquid Crystal Display, LCD-TFT) 및 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT) 중 어느 하나일 수 있다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 전술한 평탄화막을 포함하는 액정 표시 소자용 컬러필터를 제공한다.
상기 컬러필터는 블랙매트리스, 컬러패턴 및 공통 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 컬러패턴은 적색 패턴, 녹색 패턴 및 청색 패턴(RGB패턴)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 컬러필터는 블랙매트리스, 컬러패턴 및 공통 전극 상에 형성된 상기 평탄화막을 포함할 수 있다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 전술한 컬러필터를 포함하는 액정 표시 소자를 제공한다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예
실시예 1
실록산(Siloxane) 바인더-1 (화학식 1의 R1: 메타크릴, R2: 에폭시, R3 내지 R6: 메틸, Mw 3,500, x: 0.35, y: 0.5, z: 0.15)을 적용, 고형분 100 중량% 기준 35 중량%, 다관능 아크릴레이트로 M520(미원社, 5-6관능 혼합) 60 중량%, 접착조제로 실란 커플링제 (Silane coupling agent(Shinetsu社, KBM-503)) 4.8 중량%, 계면활성제(TF-1697, DIC社) 0.2 중량%, 용제로 프로필 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Propylene glycol monomethyl ether acetate) 및 디에틸렌 글리콜 메틸 에틸 에테르(MEDG, Diethylene Glycol Methyl Ethyl Ether)를 추가하여 조성물 전체 고형분이 15 중량%인 열경화성 수지 조성물(OC 조성물)-1을 얻었다.
실시예 2
실록산 바인더-1 대신 실록산 바인더-2 (R1: 메타크릴, R2를 히드록실, Mw 3,700)를 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성으로 OC 조성물-2를 얻었다.
실시예 3
다관능 아크릴레이트로 M520 대신 PET-30(일본화약社, 3-4관능 혼합)을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성으로 OC 조성물-3를 얻었다.
실시예 4
실록산 바인더-1의 함량을 55 중량%, 다관능 아크릴레이트 M520(미원社, 5-6관능 혼합)의 함량을 40 중량%로 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성으로 OC 조성물-4를 얻었다.
실시예 5
실록산 바인더-1의 함량을 15 중량%, 다관능 아크릴레이트 M520(미원社, 5-6관능 혼합)의 함량을 80 중량%로 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성으로 OC 조성물-5를 얻었다.
비교예
비교예 1
실록산 바인더-1의 함량을 10 중량%, 다관능 아크릴레이트 M520(미원社, 5-6관능 혼합)의 함량을 85 중량%로 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성으로 OC 조성물-6를 얻었다.
비교예 2
실록산 바인더-1 대신 실록산 바인더-3 (R1: 메타크릴, R2: 글리시딜, Mw 10,000)을 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성으로 OC 조성물-7을 얻었다.
비교예 3
실록산 바인더-1의 함량을 60 중량%, 다관능 아크릴레이트 M520의 함량을 35 중량%로 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성으로 OC 조성물-8를 얻었다.
비교예 4
실록산 바인더-1 대신 하기 구조를 가지는 Mw 7,000인 아크릴레이트계 바인더를 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성으로 OC 조성물-9을 얻었다.
Figure 112017117538489-pat00005
상기 바인더는 일반적인 아크릴 결합을 가지는 바인더로, a는 0.1 내지 0.4이고, b는 0.2 내지 0.5이며, c는 0.4 내지 0.7이고, d는 0.1 내지 0.2이며, a+b+c+d 는 1.0 이다.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4(총 9종)의 열경화성 조성물(OC 조성물)을 하기의 조건으로 코팅하여 막을 형성한 후 평탄도, 내화학성 및 아웃 가스 양의 특성 평가를 진행하였다.
1. OC Spin coating: Thickness 1.5㎛
2. VCD(Vacuum Dry): 65Pa
3. Pre bake(Hot plate): 100℃ 100sec
4. Post bake(Convection oven): 230℃ 20min
상기 내화학성 평가는 DCI Grade의 Color(RGB)가 코팅된 단판상에 9종 OC를 1.5㎛로 코팅 후, 180℃ 핫플레이트에 단판을 올려 예열 후 NMP 2방울을 드로핑(Dropping)하고, 커퍼 글라스(Cover glass)를 덮어 5분간 처리 후 단판을 상온으로 식힌 후 NMP와 접촉한 Cover glass부와 OC부를 NMP 5g으로 세정하여 세정한 용액을 UV-vis 스펙트로미터(UV-vis spectrometer)를 이용하여 Absorbance 값을 측정하였다.
상기 아웃가스 양의 측정은 배어 글라스(Bare glass) 단판상에 6종 OC를 1.5㎛로 코팅 후 1cm X 5cm sample (3.5g) 를 Pat 관에 넣은 후 P&T-GC/MS 로 분석하였다.
- 측정장비: Purge & Trap sampler-GC/MS (EQC-0290))
- 시약: Toluene (Burdick & Jackson, HPLC grade, 99.9%), MeOH (J.T. Baker, HPLC grade, 100.0%)
중량%
 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
바인더 실록산 바인더 1 35 - 35 55 15 10 - 60 -
실록산 바인더 2 - 35 - - - - - - -
실록산 바인더 3 - - - - - - 35 - -
아크릴레이트계 바인더 - - - - - - - - 35
관능성(메트)아크릴레이트계 화합물 3 내지 4 관능 - - 60 - - - - - -
5 내지 6 관능 60 60 - 40 80 85 60 35 60
접착조제 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8
계면활성제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
평탄도 (%) 90.5 89.7 90.1 82.7 93.4 94.1 75.4 69.8 84.0
NMP 내화학성 (@517nm Absorbance) 0.02 0.03 0.03 0.01 0.08 0.21 0.02 0.01 1.22
Out gas 양(ppm) 0.69 0.71 0.78 0.41 0.95 1.38 0.55 0.49 2.45
상기 표 2의 특성 평가를 통해 (메트)아크릴레이트계 화합물의 함량이 80 중량%를 초과하는 비교예 1의 경우, 평탄도 특성은 만족하나 내화학성 및 아웃 가스의 양이 기준(내화학성: 0.1 및 아웃 가스 양: 1.0)을 초과함을 알 수 있다.
상기 표 2의 특성 평가를 통해 실록산 바인더의 중량평균분자량이 7,000을 초과한 비교예 2의 평탄화막 및 다관능 아크릴레이트의 함량이 40 중량% 미만인 비교예 3의 평탄화막의 평탄도가 기준(80%)에 미치지 못하는 것을 알 수 있다.
실록산 바인더 대신 아크릴레이트계 바인더를 사용한 비교예 4의 평탄화막은 평탄도 기준을 달성하였으나, 내화학성 및 아웃 가스의 양이 기준(내화학성: 0.1 및 아웃 가스 양: 1.0)을 초과함을 알 수 있다.
PR: 포토레지스트
OC: 평탄화막
T1: 포토레지스트의 두께
T2: 평탄화막 코팅 후 단차
T3: OC 코팅 후 평탄화막의 두께

Claims (16)

  1. 중량평균분자량(Mw) 1,500 이상 7,000 이하의 실록산 바인더 수지 및 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물을 포함하고,
    상기 관능성 (메트)아크릴레이트계 화합물의 함량은 전체 열경화성 수지 조성물의 고형분을 기준으로 40 중량% 내지 80 중량% 이고,
    상기 실록산 바인더 수지의 함량은 상기 열경화성 수지 조성물의 고형분 100 중량%를 기준으로, 15 중량% 내지 55 중량%인 것인 열경화성 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 실록산 바인더 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 것인 열경화성 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112017117538489-pat00006

    상기 화학식 1에 있어서,
    R1은
    Figure 112017117538489-pat00007
    이고,
    상기 R'는 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기 또는 치환 또는 비치환된 알키닐기이고,
    R2는 에폭시기, 알콕시기, 카르복실기 또는 히드록실기이며,
    R3 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
    n은 괄호 내 구조의 반복수로서 1 내지 10의 정수이며,
    x, y 및 z는 x+y+z = 1을 기준으로 각각 괄호 내 구조의 몰 비율이며,
    x는 0.2 내지 0.5이고,
    y는 0.3 내지 0.6이며,
    z는 0.1 내지 0.4이다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 고형분의 함량은 전체 열경화성 수지 조성물을 기준으로 5 중량% 내지 90 중량%인 것인 열경화성 수지 조성물.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 열경화성 수지 조성물은 접착조제, 계면활성제 및 용매로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것인 열경화성 수지 조성물.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 접착조제의 함량은 상기 열경화성 수지 조성물의 고형분 100 중량%를 기준으로, 1 중량% 내지 10 중량%인 것인 열경화성 수지 조성물.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 계면활성제의 함량은 상기 열경화성 수지 조성물의 고형분 100 중량%를 기준으로, 0.01 중량% 내지 3 중량%인 것인 열경화성 수지 조성물.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 용매는 케톤계 화합물, 에테르계 화합물, 에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트계 화합물, 프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트계 화합물, 에틸렌글리콜계 화합물 및 에스테르계 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 열경화성 수지 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 열경화성 수지 조성물의 점도는 1.0 cP 이상 10 cP 이하인 것인 열경화성 수지 조성물.
  10. 청구항 1 내지 3 및 5 내지 9 중 어느 한 항에 따른 열경화성 수지 조성물 또는 이의 경화물을 포함하는 평탄화막.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 평탄화막은 하기 식 1로 계산되는 평탄도(DOP)가 80% 이상인 평탄화막.
    [식 1]
    평탄도=(초기 단차-코팅 후 단차)/초기 단차ｘ100
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 평탄화막의 두께는 0.5 내지 4 μm인 것인 평탄화막.
  13. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 포토레지스트로 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴 상에 청구항 1 내지 3 및 5 내지 9 중 어느 한 항에 따른 열경화성 수지 조성물을 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅된 열경화성 수지 조성물을 포스트 베이크 공정으로 경화하는 단계를 포함하는 평탄화막의 제조방법.
  14. 기판;
    상기 기판 상에 구비된 포토레지스트로 형성된 패턴을 포함하고,
    상기 기판 상에 상기 패턴을 덮도록 구비된 청구항 10에 따른 평탄화막을 포함하는 컬러 필터.
  15. 청구항 10에 따른 평탄화막을 포함하는 디스플레이 장치.
  16. 청구항 10에 따른 평탄화막을 포함하는 액정 표시 소자용 컬러 필터.
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