KR20020075502A

KR20020075502A - 유기 블랙매트릭스용 안료분산체 조성물 및 제조방법

Info

Publication number: KR20020075502A
Application number: KR1020010015449A
Authority: KR
Inventors: 유재성; 김강석; 이태주
Original assignee: (주)펨텍
Priority date: 2001-03-24
Filing date: 2001-03-24
Publication date: 2002-10-05
Also published as: KR100396070B1; US20020187412A1; US6783813B2; JP2002348520A

Abstract

본 발명은 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 블록 공중합체 용액에 카본 블랙 파우더와 같은 무기안료를 미립화 분산하여 TFT-LCD 등의 주요 부품인 칼라 필터에 사용되는 유기 블랙 매트릭스의 안료분산체 조성물 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 최근 세계 시장의 흐름이 유기 블랙매트릭스를 제조하는 공정에 안료분산법으로 제조된 안료분산체 조성물을 도입하고 있으며, 이와 같은 안료분산법은 특정 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 블록 공중합체 용액과 전도성, 광학밀도 등의 전기적 특성 성질을 가진 카본 블랙 파우더와 용제, 분산 보조제를 배합하여 최적의 분산 배합과 분산 장비를 이용하여 우수한 내구성, 내광성, 내약품성 및 내화학성 등을 형성함으로서 완벽한 유기 블랙매트릭스를 제조하는데 필요한 안료분산체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

유기 블랙매트릭스용 안료분산체 조성물 및 제조방법{Composition of black toner for organic black matrix and preparation method thereof}

본 발명은 액정 디스플레이 장치의 칼라 화소를 구현하기 위해 사용되는 블랙매트릭스 제조용 안료분산체 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 하이드록시기, 카르복실기, 아민기 등의 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 블록 공중합체 수지와 카본 블랙을 매체로 하고, 용제 및 분산 보조제를 배합하여 제조된 안료분산체 조성물을 액정 디스플레이 등의 칼라 필터의 구성 성분 중 유기 블랙매트릭스 제조에 이용함으로써 유기 블랙 매트릭스의 전기적 성질, 색상, 내화학성 등을 향상시키기 위한 것이다.

일반적으로 칼라필터의 기판은 염색법, 안료분산법, 전착법 등의 방법에 의해 제조되고 있는 것이 공지의 사실이나 블랙매트릭스는 주로 안료분산법에 의해 제조되고 있다.

안료분산법은 블랙매트릭스가 제공된 투명한 기질 위에 착색제를 함유하는 광중합성 조성물을 코팅하고, 형성하고자 하는 형태의 패턴을 노광한 후 비 노광부위를 용제로 제거하여 열경화시키는 일련의 단계를 반복함으로써 칼라필터를 제조하는 방법이다. 이러한 안료분산법은 칼라필터의 가장 중요한 성질인 내열성 및 내구성을 향상시키며 필름의 두께를 균일하게 유지시킬 수 있다는 장점을 가지고 있어 블랙매트릭스의 제조에 많이 이용되고 있다. 예컨데, 일본특개소 63-309916호, 일본특개평 1-152449호, 대한민국 특허공개공보 제95-3135호에서는 안료분산을 이용한 블랙매트릭스의 제조방법이 개시되어 있다. 안료분산법에 의해 제조되는 블랙메트릭스는 크게 지지체 역할 및 일정 두께의 유지를 가능하게 하는 고분자화합물, 즉 바인더수지와 노광시 빛과 반응하여 포토레지스트상을 형성하는 광중합성 모노머의 2가지 성분으로 구성되고, 상술한 성분 이외에 안료, 중합개시제, 에폭시 수지, 용제와 기타 첨가제 등을 포함하는 감광성 수지 조성물에 의해 제조된다.

또한, 카본블랙으로 대표되는 각종 안료, 자성분, 세라믹스 분체 등의 고체 미립자는 그 자체가 단독으로 사용되는 것 보다 착색, 보강, 충전, 내화학성 등의 기능을 부여할 목적으로 여러 농도에 있어서의 각종 조성물과 혼합하여 사용되는 경우가 많다.

현재까지는 블랙매트릭스의 재료로 크롬 단층막, 크롬/산화크롬 이층막, 유기 블랙매트릭스, 그라파이트(흑연), 이산화망간 등의 재료를 이용한 방법이 알려져 있으며, 가장 일반적인 블랙매트릭스 재료는 스핀-코팅된 유기 고분자보다는 스퍼트된 크롬이었다. 니켈 및 알루미늄 같은 금속과 심지어 크롬에 대한 진공증발 및 다른 코팅기술이 있음에도 불구하고 스퍼트된 크롬은 여전히 가장 일반적인 기술 및 재료로 쓰이고 있다. 그러나 이들 기법과 재료들은 초박막(1㎛ 이하) 두께에서 고유 저항 및 광학밀도(Optical Density : 이하 O.D.) 등의 고유물성 조건을제대로 만족시키지 못했기 때문에 사용에 제한이 따랐다.

분산 장비로는 3롤 밀(3-ROLL MILL), 샌드 밀(SAND MILL), 아이거 밀(EIGER MILL), 스파이크 밀(SPIKE MILL), 다이노 밀(DYNO MILL), 보아 밀(BOA MILL) 등의 매체(유리 비드, 지르코늄 비드 등)를 이용한 분산 방법이 주종을 이루고 있다. 그러나 볼밀 등을 이용하여 분산시키는 경우, 고체 미립자에 대한 반응성 폴리머의 배합 비율을 낮게 하면, 고체미립자 표면 전체를 균일하게 폴리머 그래프트로 피복하기 어렵기 때문에, 필연적으로 얻어지는 표면 개질 처리 미립자에 있어서의 고체미립자의 함유량이 적어지고, 필요로 하는 고체미립자 본연의 특성이 감쇄되어 버리는 경우가 적지 않았다. 또한, 상기 분산방식들은 최근까지 페인트, 잉크, 플라스틱 등의 제조 공정에 필요한 분산 공정으로 사용되고 있으며, 이와 같은 분산 공정은 금속분, 비드 마모 및 외부의 오염이 문제점으로 지적되었다.

한편, 초박막(1㎛ 이하) 블랙 매트릭스 막두께에서 2.0 이상의 O.D.를 가지는 유기 블랙매트릭스를 제조하는 것은 극히 어렵다고 알려져 있으나 카본 블랙의 가공 기술과 새로운 분산 기술의 도입으로 적정한 분산용 수지, 용제, 첨가제를 최적의 분산 조건으로 배합 설계하고 이를 종래의 분산 기술인 유리 비드, 지르코늄 비드 등의 매체를 이용한 분산 시스템이 아닌 고압 조건하에서 분산기 챔버내의 중앙에서 완전 대향충돌 방식을 이용한 분산 설비를 응용함으로서 카본 블랙이 가지고 있는 1차 입자 크기(Primary Particle Size), 즉 안료 제조시 기본적으로 형성되는 안료 입자의 크기까지 분산이 가능하며, 이로 인한 O.D. 값의 증가, 저장성 개선, 전자 부품용 재료에서 문제시되는 기존의 매체 분산 시스템에서의 오염성 문제를 최소화시킬 수 있다.

일반적으로 본 기술분야에서는 유리 비드, 지르코늄 비드 등의 매체를 통하여 브라운 운동으로 분산하는 분산기술이 주종을 이루고 있으나, 이러한 방법은 유기 블랙 매트릭스를 형성하는 안료분산체를 제조함에 있어 2.0 이상의 O.D.를 가지는 초박막(1㎛ 이하) 블랙매트릭스에 필요한 안료분산체를 제조하기 어려우며, 쳄버의 마모로 인한 오염을 방지하기에 곤란한 문제를 유발함으로써 새로운 유형의 분산 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 종래의 안료분산체 조성물보다 우수한 내광성, 색상 투과도, 입도 분포, 코팅성 및 패턴의 균일성을 가지고 환경 친화성, 저장성이 안정한 칼라 필터의 유기 블랙매트릭스용 안료분산체 조성물 및 이의 제조 방법을 제공한다.

또한 본 발명의 조성물을 기재에 고압으로 분산시켜 우수한 칼라 필터의 유기 블랙매트릭스를 제조할 수 있는 새로운 분산공정을 제공한다.

본 발명의 안료분산체 조성물은 10 내지 40중량%의 무기안료, 15 내지 35중량%의 하이드록시기, 카르복실기, 아민기 등의 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액, 30 내지 50중량%의 용제 및 2 내지 5중량%의 분산 보조제로 이루어진다. 보다 바람직하게는 20 내지 30중량%의 무기안료, 20 내지 30중량%의 하이드록시기, 카르복실기, 아민기 등의 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액, 35 내지 45중량%의 용제 및 3 내지 5중량%의 분산 보조제이다.

상기 무기안료는 카본 블랙, 알루미나 이산화티탄, 티탄산바륨, 티탄산마그네슘, 티탄산칼슘, 티탄산스트론튬, 산화아연, 규사, 클레이, 운모, 규회석, 규조토, 각종 무기 산화물 안료, 산화크롬, 산화세륨, 벤가라, 삼산화안티몬, 산화마그네슘, 산화지르코늄, 황산바륨, 탄산바륨, 탄산칼슘, 실리카 미분체 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티탄 등의 분말 내지 입자를 사용할 수 있다.

보다 바람직하게는 카본 블랙을 사용할 수 있으며, 예를 들어 CABOT사(미국)에 의해 시판되는 REGAL 250R, REGAL 99R, ELFTEX 12, COLUMBIAN CHEMICALS COMPANY(미국)에 의해 시판되는 RAVEN 880 ULTRA, RAVEN 860 ULTRA, RAVEN 850, RAVEN 790 ULTRA, RAVEN 760 ULTRA, RAVEN 520, RAVEN 500, RAVEN 460, RAVEN 450 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 카본 블랙 안료분산체를 생산하는데 주된 입자 크기가 100㎚ 미만, 특히 80㎚ 미만인 안료를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 안료의 입자들은 또한 분산물의 안정성을 개선하기 위하여 무기층으로 가공될 수도 있다. 특히 상기 카본 블랙의 1차 입자 크기는 30 내지 80㎚, 흡유량(Oil Absorption, DBP)은 50 - 80㎖ / 100g이 바람직하다. 또한, 유기 블랙매트릭스용 안료분산체 조성물의 적용 가능한 평균 입자크기 분포는 50 내지 80㎚이다.

상기 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액은 아크릴 코폴리머, 아크릴 공중합체, 아크릴 변성 우레탄, 폴리에스터 변성 우레탄을 함유하는 것이바람직하며 예를 들어 BYK사(독일)에 의해 시판되는 DISPERBYK-2000, DISPERBYK-2001, DISPERBYK-168, DISPERBYK-170, DISPERBYK-171, DISPERBYK-172, DISPERBYK-140 등을 사용할 수 있으며, AVECIA사(영국)에 의해 시판되는 SOLSPERSE-20000, SOLSPERSE-24000, SOLSPERSE-32500, SOLSPERSE-32550, SOLSPERSE-38500, SOLSPERSE-31845 등으로 안료의 뉴튼 분산에 효과적인 분산용 수지로 사용할 수 있다.

본 발명의 분산 보조제로는 유동성을 향상시킬 수 있고 분산 효과를 극대화시킬 수 있는 시너지스트(Synergist)가 바람직하며, 특히 AVECIA사에 의해 시판되는 SOLSPERSE-5000, SOLSPERSE-22000, SOLSPERSE-12000 등을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 용제는 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액, 분산 보조제와의 좋은 상용성뿐만 아니라 유기 블랙매트릭스에 사용되는 감광성 수지와의 상용성, 작업성 등에 적합한 유기성 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate), EEP(Ethyl 3-Ethoxypropionate), 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜아세테이트, 에틸셀로솔브, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜, 시클로헥사논, 프로필렌글리콜메틸에테르 등이 사용될 수 있고, 이들 용제들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 특히 PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate), EEP(Ethyl 3-Ethoxypropionate)를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 용제의 비율은 감광성 수지 조성물에 따라 상이하므로수지액이 기판에 도포될 수 있는 점도를 갖도록 용제의 비율을 선택하는 것이 바람직하고, 통상적으로는 전체 감광성 수지 조성물 100중량% 당 20 내지 80중량%, 바람직하게는 50 내지 60중량%이다.

본 발명의 안료분산체 조성물의 제조방법은 다음과 같다. 먼저 안료분산체 조성물 기준으로 30 내지 50중량%, 바람직하게는 35 내지 45중량%의 용제를 용기에 넣고 혼합 교반기로 2 내지 20분간, 500 내지 1800rpm으로 저속 교반한다. 그 다음 안료분산체 조성물 기준으로 15 내지 35중량%, 바람직하게는 20 내지 30중량%의 하이드록시기, 카르복실기, 아민기 등의 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액을 첨가한 후 안료분산체 조성물 기준으로 2 내지 5중량%, 바람직하게는 3 내지 5중량%의 분산 보조제를 첨가하고 5 내지 20분간 500 내지 1800rpm으로 저속 교반한다. 상기 혼합물을 교반하면서 안료분산체 조성물 기준으로 10 내지 40중량%, 바람직하게는 20 내지 30중량%의 무기안료를 첨가한 후 10 내지 50분간 2000 내지 4000rpm으로 고속 교반한 후 본 발명의 안료분산체 조성물을 얻는다.

분산 장비는 유리 비드, 지르코늄 비드 등의 매체를 이용한 혼합 분산기가 현재 주류를 이루고 있으나, 본 발명에 의해 개발된 안료분산체 조성물은 전자 부품용 재료에 사용되는 원료로 투입되기 때문에 매체(유리 비드, 지르코늄 비드 등)를 이용한 분산 시스템의 오염성 등을 배제시키고 동시에 1차 입자 크기(Primary Particle Size)까지 분산시킬 수 있는 고압에 의한 분산 방법을 도입하였다.

기존의 3-롤밀(3-Roll Mill), 유화기, 분산 및 분쇄기와 전혀 다른 메카니즘으로 설계되어 1/100㎛ 단위의 초미세, 고입도 입자의 제조가 가능하다. 본 발명의 분산 방식은 분산물에 초고압(1,000 - 3500 kgf/㎠)의 에너지를 가하고 도중에 이 분산물을 두 줄기의 흐름으로 나누어 재결합하는 부분에서 대향 충돌시켜 초 미립화, 유화, 분산을 행하는 습식 분산 시스템이다.

상술한 분산 공정은 기존 시스템에서 문제가 되었던 금속분의 마모, 비드 등의 마모 기타 외부의 오염 등이 거의 없는 이점을 가지고 있고 동시에 공정시간 단축 및 제품의 고급화를 수행할 수 있는 이점도 있다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이를 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate) 20g, EEP(Ethyl 3-Ethoxypropionate) 20g을 써스(SUS) 용기에 넣고, 내용물을 혼합 교반기로 5분간 1000 내지 1500rpm으로 저속 교반하였다. 상기 내용물을 교반하면서, Solsperse 24000 27g을 첨가한 후 Solsperse 5000 3g을 투입하였다. 상기의 첨가제를 첨가한 후 10분간 1000 내지 1500rpm으로 저속 교반하였다. 내용물을 교반하면서 Raven 860 Ultra 30g을 투입한 후 30분간 2000 내지 2500rpm으로 고속 교반하였다. 교반이 완료된 후 1000 내지 3500 kgf/㎠에서 고압밀로 1회 내지 5회까지 패스(Pass) 분산시켜 제조한 제조물의 평균 입자 크기(Average Particle Size) 및 점도 데이터는 다음과 같았다. 이때 패스분산이란 분산기기에 상기 원료를 투입한 후 분산 공정을 거쳐 상기 원료들이 배출되는 것을 의미하는 것으로서 5회 패스분산은 동 공정을 5회 반복하여 실시한 경우이다. 또한 평균 입자 크기는 피에쓰에이(PSA, Particle Size Analyzer)로 측정하였으며 최종 점도는 25℃에서 브룩필드 점도계(Brookfield Viscometer)로 측정하였다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 99, 89, 85, 75, 69㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 120cps(25℃)

<실시예 2>

실시예 1과 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 REGAL 250R을 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 145, 110, 98, 95, 88㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 160cps(25℃)

<실시예 3>

실시예 1과 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 REGAL 99R을 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 167, 142, 115, 108, 98㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 160cps(25℃)

<실시예 4>

실시예 1과 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 ELFTEX 12를 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 105, 94, 89, 75, 71㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 130cps(25℃)

<실시예 5>

PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate) 20g, EEP(Ethyl 3-Ethoxypropionate) 20g을 써스(SUS) 용기에 넣고, 내용물을 혼합 교반기로 5분간 1000 내지 1500rpm으로 저속 교반하였다. 상기 내용물을 교반하면서, Solsperse 20000 27g을 첨가한 후 Solsperse 5000 3.0g을 투입하였다. 상기의 첨가제를 첨가한 후 10분간 1000 내지 1500rpm으로 저속 교반하였다. 내용물을 교반하면서 Raven 860 Ultra 30g을 투입한 후 30분간 2000 내지 2500rpm으로 고속 교반하였다. 교반이 완료된 후 1000 내지 3500 kgf/㎠에서 고압밀로 1회 내지 5회까지 패스 분산시켜 제조한 제조물의 평균 입자 크기(Average Particle Size) 및 점도 데이터는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 95, 87, 83, 75, 65㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 110cps(25℃)

<실시예 6>

실시예 5와 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 REGAL 250R를 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 141, 106, 93, 85, 81㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 150cps(25℃)

<실시예 7>

실시예 5와 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 REGAL 99R을 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 160, 139, 115, 101, 92㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 150cps(25℃)

<실시예 8>

실시예 5와 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 ELFTEX 12를 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 98, 91, 85, 72, 65㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 110cps(25℃)

<실시예 9>

PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate) 20g, EEP(Ethyl 3-Ethoxypropionate) 20g을 써스(SUS) 용기에 넣고, 내용물을 혼합 교반기로 5분간 1000 내지 1500rpm으로 저속 교반하였다. 상기 내용물을 교반하면서, Solsperse 32500 27g을 첨가한 후 Solsperse 5000 3g을 투입하였다. 상기의 첨가제를 첨가한 후 10분간 1000 내지 1500rpm으로 저속 교반하였다. 내용물을 교반하면서 Raven 860 Ultra 30g을 투입한 후 30분간 2000 내지 2500rpm으로 고속 교반하였다. 교반이 완료된 후 1000 내지 3500 kgf/㎠에서 고압밀로 1회 내지 5회까지 패스 분산시켜 제조한 제조물의 평균 입자 크기(Average Particle Size) 및 점도 데이터는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 109, 98, 86, 78, 70㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 120cps(25℃)

<실시예 10>

실시예 9와 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 REGAL 250R을 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 147, 115, 103, 95, 87㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 160cps(25℃)

<실시예 11>

실시예 9와 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 REGAL 99R을 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 170, 145, 119, 108, 98㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 160cps(25℃)

<실시예 12>

실시예 9와 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 ELFTEX 12를 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 110, 97, 90, 82, 74㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 120cps(25℃)

<실시예 13>

PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate) 20g, EEP(Ethyl 3-Ethoxypropionate) 20g을 써스(SUS) 용기에 넣고, 내용물을 혼합 교반기로 5분간 1000 내지 1500rpm으로 저속 교반하였다. 상기 내용물을 교반하면서, Disperbyk-170 27g을 첨가한 후 Solsperse 5000 3g을 투입하였다. 상기의 첨가제를 첨가한후 10분간 1000 내지 1500rpm으로 저속 교반하였다. 내용물을 교반하면서 Raven 860 Ultra 30g을 투입한 후 30분간 2000 내지 2500rpm으로 고속 교반하였다. 교반이 완료된 후 1000 내지 3500 kgf/㎠에서 고압밀로 1회 내지 5회까지 패스 분산시켜 제조한 제조물의 평균 입자 크기(Average Particle Size) 및 점도 데이터는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 103, 95, 86, 79, 71㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 130cps(25℃)

<실시예 14>

실시예 13과 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 REGAL 250R을 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 149, 117, 105, 98, 89㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 170cps(25℃)

<실시예 15>

실시예 13과 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 REGAL 99R을 사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 178, 152, 125, 115, 103㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 180cps(25℃)

<실시예 16>

실시예 13과 동일한 방법으로 실험하되 Raven 860 ULTRA 대신 ELFTEX 12를사용하여 얻은 결과물의 평균 입자 크기 및 점도는 다음과 같았다.

패스별 평균 입자 크기(Average Particle Size) : 111, 104, 96, 87, 76㎚

최종점도(브룩필드 점도계 : Brookfield Viscometer) : 130cps(25℃)

<실시예 17>

<물성 비교 시험>

제조된 각각의 칼라 토너는 다음과 같이 규정된 시험 방법에 의하여 물성 시험을 하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

1. 입자 분포 분석 시험

PSA(Particle Size Analyzer)에 3㎖의 안료 분산체 조성물을 투입하여 평균 입자 크기(Average Particle Size) 및 분포를 측정하였다.(5회 패스 후 측정)

◎ : 평균 입자 크기 50∼100㎚ ○ : 평균 입자 크기 100∼150㎚

△ : 평균 입자 크기 150∼200㎚ × : 평균 입자 크기 200㎚ 이상

2. 분산성 비교 시험

고압(1000 내지 3500 kfg/㎠)에 의한 분산물의 대향 충돌로 분산을 행하는 고압밀의 패스별 분산 정도를 측정하였다.

◎ : 1회 패스시 50∼100㎚○ : 2∼3회 패스시 50∼100㎚

△ : 4∼5회 패스시 50∼100㎚ × : 6회 이상 패스시 50∼100㎚

<저장 안정성 시험>

안료분산체 조성물을 제조한 후 25℃에서 브룩필드 점도계를 이용하여 점도를 측정하고 60℃ × 120hr 방치한 후 점도를 측정한 다음 최초 측정 점도와 최종측정 점도 차이를 이용하여 안료의 재응집 및 점도의 변화를 측정하였다.

◎ : 입자크기 및 점도변화 20% 이내○ : 입자크기 및 점도변화 40% 이내

△ : 입자크기 및 점도변화 60% 이내× : 입자크기 및 점도변화 60% 이상

<광학 밀도 측정 시험>

블랙 매트릭스용 감광성 수지와 칼라 토너를 60/40의 중량비로 혼합한 후 액정 디스플레이 등에 이용되는 ITO(Indium Tin Oxide) 기판 위에 건조 도막 두께로 1㎛ 스핀 코팅한 후 Optical Densitometer로 광학 밀도(O.D.) 값을 측정하였다.

◎ : O.D. 2.5 이상○ : O.D. 2.2∼2.5

△ : O.D. 2.0∼2.2× : O.D. 2.0 미만

시험항목샘플 No.	입자 분포분석 시험	분산성 비교시험	저장 안정성시험	광학 밀도측정 시험
실시예 1	◎	◎	◎	◎
실시예 2	◎	○	○	○
실시예 3	◎	△	○	×
실시예 4	◎	○	○	○
실시예 5	◎	◎	◎	◎
실시예 6	◎	○	◎	○
실시예 7	◎	△	◎	×
실시예 8	◎	◎	◎	○
실시예 9	◎	○	○	◎
실시예 10	◎	△	△	○
실시예 11	◎	△	△	×
실시예 12	◎	○	△	○
실시예 13	◎	○	○	◎
실시예 14	◎	△	○	○
실시예 15	◎	×	○	×
실시예 16	◎	○	○	◎

본 발명에 의한 유기 블랙매트릭스용 안료분산체 조성물은 코팅 조성물의 기본 특성인 색상, 은폐력, 내광학성, 광학밀도와 같은 기능을 유지하면서 우수한 물성을 나타낸다. 본 발명의 안료분산체 조성물 및 제조공정을 이용하여 전자 부품용 재료 및 내 오염성을 필요로 하는 안료의 분산물을 얻는데 우수한 물성을 제공할 수 있다.

Claims

10 내지 40중량%의 무기안료, 15 내지 35중량%의 하이드록시기, 카르복실기, 아민기 등의 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액, 30 내지 50중량%의 용제 및 2 내지 5중량%의 분산 보조제로 이루어진 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 1항에 있어서, 20 내지 30중량%의 무기안료, 20 내지 30중량%의 하이드록시기, 카르복실기, 아민기 등의 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액, 35 내지 45중량%의 용제 및 3 내지 5중량%의 분산 보조제로 이루어진 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 1항에 있어서, 무기안료가 카본 블랙, 알루미나 이산화티탄, 티탄산바륨, 티탄산마그네슘, 티탄산칼슘, 티탄산스트론튬, 산화아연, 규사, 클레이, 운모, 규회석, 규조토, 각종 무기 산화물 안료, 산화크롬, 산화세륨, 벤가라, 삼산화안티몬, 산화마그네슘, 산화지르코늄, 황산바륨, 탄산바륨, 탄산칼슘, 실리카 미분체 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티탄 등의 분말 내지 입자인 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 3항에 있어서, 카본블랙이 REGAL 250R, REGAL 99R, ELFTEX 12, RAVEN 880 ULTRA, RAVEN 860 ULTRA, RAVEN 850, RAVEN 790 ULTRA, RAVEN 760 ULTRA, RAVEN 520, RAVEN 500, RAVEN 460, RAVEN 450인 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 3항에 있어서, 카본블랙의 1차 입자 크기가 30 내지 80㎚인 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 1항에 있어서, 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액이 아크릴 코폴리머, 아크릴 공중합체, 아크릴 변성 우레탄, 폴리에스터 변성 우레탄을 함유한 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 6항에 있어서, 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액이 DISPERBYK-2000, DISPERBYK-2001, DISPERBYK-168, DISPERBYK-170, DISPERBYK-171, DISPERBYK-172, DISPERBYK-140, SOLSPERSE-20000, SOLSPERSE-24000, SOLSPERSE-32500, SOLSPERSE-32550, SOLSPERSE-38500, SOLSPERSE-31845 인 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 1항에 있어서, 분산 보조제가 시너지스트(Synergist)인 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 8항에 있어서, 분산 보조제가 SOLSPERSE-5000, SOLSPERSE-22000, SOLSPERSE-12000인 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 1항에 있어서, 용제가 PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate), EEP(Ethyl 3-Ethoxypropionate), 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜아세테이트, 에틸셀로솔브, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜, 시클로헥사논, 프로필렌글리콜메틸에테르 중 단독 또는 이를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물.

제 1항에 따른 안료분산체 조성물을 제조함에 있어서,

i) 안료분산체 조성물 기준으로 30 내지 50중량%, 바람직하게는 35 내지 45중량%의 용제를 용기에 넣고 혼합 교반기로 2 내지 20분간, 500 내지 1800rpm으로 저속 교반하는 단계;

ii) 안료분산체 조성물 기준으로 15 내지 35중량%, 바람직하게는 20 내지 30중량%의 하이드록시기, 카르복시기, 아민기 등의 안료 친화 그룹을 가진 고분자량의 공중합체 용액을 상기 i)에 첨가한 후, 안료분산체 조성물 기준으로 2 내지 5중량%, 바람직하게는 3 내지 5중량%의 분산 보조제를 첨가하고 5 내지 20분간 500 내지 1800rpm으로 저속 교반하는 단계;

iii) 상기 ii)의 혼합물을 교반하면서 안료분산체 조성물 기준으로 10 내지40중량%, 바람직하게는 20 내지 30중량%의 무기안료를 첨가한 후 10 내지 50분간 2000 내지 4000rpm으로 고속 교반하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 안료분산체 조성물의 제조방법.

제 1항 내지 제 10항에 따른 안료분산체 조성물을 칼라필터 포토레지스트에 적용시켜 제조한 것을 특징으로 하는 코팅재료.

제 1항 내지 제 10항에 따른 안료분산체 조성물을 초고압을 이용하여 분산시킨 유기 블랙매트릭스.

제 13항에 있어서, 초고압이 1000 내지 3500kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 유기 블랙매트릭스.