KR20060091669A - 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물 - Google Patents

플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물 Download PDF

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KR20060091669A
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Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 디스플레이 패널의 전면기판용 블랙매트릭스(BM,Black Matrix) 조성물에 관한 것이다.
본 발명은, 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물에 있어서, (1) 광경화성 유기물 총 중량에 대해서, 아크릴 폴리머 15~55 중량%, 광 반응성 모노머 20~40 중량%, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 0.5~30 중량% 및 광중합 개시제 4~15 중량%로 이루어지는 광경화성 유기물 20~85 중량%; (2) 무기안료 10~40 중량%; 및 (3) 유리 분말 5~40 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.
본 발명은 항흡습성 및 항흡수성이 우수하고, 광경화성에 문제가 없으면서도접착력이 매우 우수하며, 특히 조성물의 점도가 낮아 코팅성 및 도포성이 양호하고 경화속도가 빠르기 때문에 공정 시간을 단축할 수 있어서 공정적으로 매우 유리한 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.
플라즈마 디스플레이 패널, 블랙매트릭스, 우레탄 아크릴레이트 올리고머

Description

플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물{Composition of Black Matrix for Front Glass of Plasma Display Panel}
도 1은 플라즈마 표시소자의 단면 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 블랙매트리스 조성물을 사용하여 패턴을 형성시킨 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 블랙매트리스 조성물을 사용하여 패턴을 형성시킨 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따른 블랙매트리스 조성물을 사용하여 패턴을 형성시킨 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교예 2에 따른 블랙매트리스 조성물을 사용하여 패턴을 형성시킨 결과를 나타내는 도면이다.
＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＊
101 : 상부기판 102 : 투명전극
103 : 금속전극 104 : 유전체층
105 : 보호층 109 : 블랙매트리스층
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 디스플레이 패널의 전면기판용 블랙매트릭스(BM,Black Matrix) 조성물에 관한 것이다.
플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 도 1에 도시된 바와 같이 상부구조와 하부구조로 구성되는데, 상부구조는 상부기판(1)과, 상기 상부기판(1)에 형성되는 유지전극(3,3′)과, 상기 유지전극의 사이에 평행하게 형성되는 블랙매트릭스층(9)과, 상기 유지전극(3,3′)의 방전시에 발생한 표면전하를 유지하기 위한 유전체층(4)과, 상기 유전체층(4)을 방전으로부터 보호하기 위한 보호층(5)으로 이루어지고, 하부구조는 하부기판(2)과, 상기 하부기판(2)상에 형성되는 어드레스전극(6)으로 이루어지며, 상기 상부기판(1)과 하부기판(2) 사이에는 표면에 형광체(8)가 도포된 격벽(7)이 형성되는데 격벽의 상부는 어두운 색을 띄는 저융점 글래스로 구성되며, 그 외는 밝은 색을 띄는 저융점 글래스로 구성된다.
상기에서 임의의 유지전극라인(3,3′)은 산화인듐 또는 산화주석을 증착한 투명전극(ITO;3′)을 사용하고, 상기 투명전극(3′)에 크롬(Cr)-구리(Cu)-크롬(Cr)의 3층 금속전극(3)을 일측에 형성하여 전압강하를 개선하게 된다.
또한, 전체 화면은 복수개의 어드레스 전극라인(6)과 북수개의 투명전극라인(3′)에 의해 셀 단위로 구분된다.
상기 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)에 있어서, 블랙매트릭스(BM,Black Matrix)는 광 차단 기능과 전면 기판의 퓨리티 및 콘트라스트를 향상시키는 기능 을 하며, 우리 눈과 바로 마주하게 되는 매우 중요한 박층이다.
그러나 이 BM층은 종래에는 BM용 무기안료, 아크릴 고분자, 단관능성 또는 다관능성 모노머, 광개시제, 소성 공정을 위한 유리분말 등의 조성으로 이루어져 있었고, 이 조성만으로는 공정시간이 길고 현상조건의 가혹성 문제, 특히 후면(bare)글라스와의 점착력 문제로 인하여 BM패턴의 단락과 부분적인 박리현상, 또는 불균일한 패턴 두께를 나타내는 등의 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 항흡습성 및 항흡수성이 우수하고, 광경화성에 문제가 없으면서도 접착력이 매우 우수하며, 특히 조성물의 점도가 낮아 코팅성 및 도포성이 양호하고 경화속도가 빠르기 때문에 공정시간을 단축할 수 있어서 공정적으로 매우 유리한 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물에 있어서, (1) 광경화성 유기물 총 중량에 대해서, 아크릴 폴리머 15~55 중량%, 광 반응성 모노머 20~40 중량%, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 0.5~30 중량% 및 광중합 개시제 4~15 중량%로 이루어지는 광경화성 유기물 20~85 중량%; (2) 무기안료 10~40 중량%; 및 (3) 유리 분말 5~40 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.
또한 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 수평균 분자량이 500~40,000인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.
또한 상기 무기안료는 메탈 또는 메탈 옥사이드계 무기안료인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.
또한 상기 아크릴 폴리머의 수평균 분자량이 1,000~100,000인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.
또한 상기 광반응성 모노머로는 한 개의 아크릴레이트 관능기가 포함되어 있는 단관능성 모노머를 단독으로 사용하거나, 두개 이상의 아크릴레이트 관능기가 포함되어 있는 다관능성 모노머 또는 실란계 모노머를 병용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.
또한 상기 유리 분말은 산화 납계 또는 비스무스계 화합물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.
또한 상기 광중합 개시제는 벤조페논계 개시제 또는 트리아진계 개시제인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 사용되는 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 폴리에테르 폴리올, 수산기 함유 아크릴 유도체 및 디이소시아네이트 화합물을 중합시켜 제조한 화합물이며, 양 말단에는 탄소-탄소 이중결합을 갖는다. 폴리에테르 폴리올로는 수평균 분자량이 300 내지 30,000인 것을 사용하며 보다 바람직하게는 분자량이 500 내지 10,000인 것을 사용한다. 디이소시아네이트 화합물은 통상의 우레탄 합성시 사용되는 것으로서, 지방족 또는 방향족 디이소시아네이트를 모두 사용할 수 있다.
상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 수평균 분자량이 500 내지 40,000인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 수평균 분자량이 500 내지 30,000인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 수평균 분자량이 500미만인 경우에는 본 발명이 목적하는 특성 개선을 이루기가 곤란하다는 문제점이 있으며, 40,000을 초과할 경우에는 전체적인 광경화성과 알칼리 현상성에 악영향을 미친다는 문제점이 있다.
상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 아크릴 폴리머, 광반응성 모노머, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 및 광중합 개시제로 이루어지는 광경화성 유기물 총중량에 대해서 0.5 내지 30중량%(용매를 제외한 고형분의 중량%를 의미한다. 이하 동일하다)의 함량으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량% 미만으로 사용될 경우에는 본 발명이 목적하는 특성 개선의 효과를 얻기 어려우며, 30중량%를 초과하여 사용할 경우에는 광경화성에 문제를 초래하게 된다.
본 발명에서 블랙도(흑색도)를 향상시키기 위해 무기안료를 사용한다.
상기 무기안료로서는 메탈이나 코발트 산화물(Co3O4) 등의 메탈옥사이드계의 무기안료를 사용하게 된다.
상기 무기안료는 본 발명의 조성물 중에 10~40중량%의 함량으로 사용하는 것이 바람직하다. 10중량% 미만으로 사용될 경우 패널 전체의 흑색도를 떨어뜨려 콘 트라스트나 여러가지 광특성에 문제가 발생하게 되며, 40중량%를 초과하여 사용할 경우에는 광개시제의 효율을 떨어뜨려 광경화도를 저해시킨다는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 아크릴 폴리머는 자외선 경화용 수지 조성물에 일반적으로 사용되는 것으로서 메트릭스 바인더로 사용된다. 상기 아크릴 폴리머로는 벤질메타크릴레이트, 메타크릴산 및 하이드록시 에틸메타크릴레이트의 삼원 공중합체, 벤질메타크릴레이트, 메타크릴산 및 메틸메타크릴레이트의 삼원 공중합체 등을 예로 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 아크릴 폴리머로는 분자량이 1,000 내지 100,000인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 특히 1,000 내지 50,000인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 분자량이 1,000미만인 경우에는 매트릭스의 역할을 제대로 할 수 없다는 문제점이 있으며, 100,000을 초과할 경우에는 현상성과 광경화성에 문제가 발생하게 된다.
상기 아크릴 폴리머는 아크릴 폴리머, 광반응성 모노머, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 및 광중합 개시제로 이루어지는 광경화성 유기물 총중량에 대해서 15~50중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 15중량% 미만으로 사용할 경우에는 매트릭스 자체를 이루기 힘들어 광경화성, 현상성, 안료분산성 등 전체적인 면에 있어서 문제가 발생되며, 50중량%를 초과하여 사용할 경우에는 현상성과 광경화성에 문제가 발생한다.
본 발명에서 사용하는 반응성 모노머는 탄소-탄소 이중결합이 있어 라디칼 중합이 가능한 것을 사용한다.
상기 반응성 모노머로는 아크릴레이트 관능기가 하나 포함되어 있는 단관능 성 모노머를 단독으로 사용할 수도 있으나, 이와 함께 아크릴레이트 관능기가 둘 이상 포함되어 있는 다관능성 모노머 및 실란계 모노머도 함께 사용할 수 있다. 또한 2이상의 다관능성 화합물을 함께 사용하는 것도 가능하다. 다관능성 모노머로는 프로필렌글리콜 디아크릴레이트 등의 2관능성 모노머, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트 등의 3관능성 모노머, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트 등의 6관능성 모노머 등을 예로 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 비교적 탄성율이 낮은 경화물이 요구되는 경우에는 단일 관능성 화합물을 사용하는 것이 바람직하나, 다관능성 화합물을 적당한 비율로 병용하여 경화물의 탄성율을 조절할 수도 있다.
상기 반응성 모노머는 아크릴 폴리머, 광반응성 모노머, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 및 광중합 개시제로 이루어지는 광경화성 유기물 총중량에 대해서 20 내지 40중량% 사용하는 것이 바람직하다. 이 범위를 벗어나서 사용하는 경우에는 광경화 시스템에 문제가 발생하게 된다.
본 발명에서 사용하는 유리 분말(Glass Frit)은 기존의 유리분말 조성인 산화납계 혹은 비스무스(Bi)계 모두 사용가능하다. 소성공정을 위한 상기 유리 분말의 함량은 사용되는 무기안료의 함유량과 크기에 크게 의존하며 본 발명의 조성물 중에 5 내지 40중량%인 것이 바람직하다. 5중량% 미만으로 사용되는 경우에는 소결이 제대로 이루어지지 않아 무기 안료가 묻어나는 현상이 발생하며, 40중량%를 초과하여 사용할 경우에는 흑색도와 다른 광특성의 저하를 초래하는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용하는 광중합 개시제로는 밴조페논계와 트리아진계 등의 일 반적인 개시제가 모두 사용가능하며, 이때 효과적인 광반응을 촉진시키기 위해 이소프로필 티오산톤(isopropyl thioxanthone) 등의 광촉진제(sensitizer)를 첨가하는 것도 가능하다.
상기 광중합 개시제는 아크릴 폴리머, 광반응성 모노머, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 및 광중합 개시제로 이루어지는 광경화성 유기물 총중량에 대해서 4 내지 15중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 4중량% 미만으로 사용하는 경우에는 광경화가 이루어지기 매우 힘들다는 문제점이 있으며, 15중량%를 초과하여 사용할 경우에는 광경화 정도의 문제와 남은 개시제가 이물로 작용하는 등의 악효과를 초래하는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 조성물에 추가적으로 레벨링제, 실란(Silane)계 커플링제, 소포제, 가소제, 분산제, 분산 유지제 등의 첨가제가 소량 첨가될 수 있다.
본 발명은 감광성 페이스트에 국한되지 않고, 다른 모든 블랙 메트리스(BM)형성용 재료에 사용 가능하다.
이하 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
메트릭스 바인더로서 사용되는 아크릴 폴리머로는 벤질메타크릴레이트 60중량부, 메타크릴산 20중량부 및 하이드록시 에틸메타크릴레이트 20중량부로 이루어진 분자량 39,000인 삼원 공중합체를 120g 사용하였다. 또한 2관능 모노머인 프로필렌글리콜 디아크릴레이트와 6관능 모노머인 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트 를 각각 50/50 중량부 비율로 사용하여 총 85g의 광반응성 모노머를 사용하였다. 여기에 폴리에테르폴리올, 수산기 함유 아크릴유도체 및 디이소시아네이트를 중합하여 얻어진 우레탄 아크릴레이트 올리고머로서 분자량이 4,000인 알리파틱 디우레탄 아크릴레이트 올리고머를 15g 사용하였고, 광중합 개시제로 2-메틸-1[4-(메틸씨오)페닐]-2-모폴린-프로파-1-논(미원상사(주)제, 상품명 Micure MS-7)을 15g 사용하였으며, 용매로 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA)215g을 사용하여 광경화성 유기물을 완성하였다.
다음으로 무기안료로 코발트 산화물(Co3O4)을 95g과 유리 분말로 Bi2O3계 유리분말을 95g 사용하고, 분산제로 BYK-Chemie사의 Disperbyk-180(상품명)과 같은 산성기를 가진 블록 고분자들의 알킬암모늄염을 12g사용하였으며 무기안료를 분산시키기 위한 용매 72g을 사용하여 무기안료 분산액을 완성하였다.
최종 슬러리의 점도 조절을 위해 추가적으로 용매를 236g 사용하여 최종적으로 블랙메트릭스 조성물을 마련하였다.
상기 블랙매트릭스 조성물을 플라즈마 디스플레이 패널의 전면기판에 사용하여 패턴을 형성시킨 결과를 도 2에 나타내었다.
[실시예 2]
무기안료로 코발트 산화물(Co3O4)을 70g과 유리 분말로 Bi2O3계 유리 분말을 70g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 블랙매트릭스 조성물을 마련하였다.
상기 블랙매트릭스 조성물을 플라즈마 디스플레이 패널의 전면기판에 사용하여 패턴을 형성시킨 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 무기안료의 함량이 줄어듦에 따라 실시예 1에 비해 패턴의 색깔이 갈색으로 변하고 투과도는 다소 줄어들었으나 패턴 단락이나 패턴모양이 찌글찌글해지는 등의 패턴 이상 현상은 발생하지 않음을 알 수 있다.
[비교예 1]
광반응성 모노머로 3관능 모노머인 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트와 6관능 모노머인 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트를 사용하였고, 광중합 개시제로 2-메틸-1[4-(메틸씨오)페닐]-2-모폴린-프로파-1-논(미원상사(주)제, 상품명 Micure MS-7)을 5g만 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 블랙매트릭스 조성물을 마련하였다.
상기 블랙매트릭스 조성물을 플라즈마 디스플레이 패널의 전면기판에 사용하여 패턴을 형성시킨 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 개시제의 함량이 적어짐에 따라 광경화성에 문제가 발생하여 점착력이 약화되고, 이에 따라 패턴 단락이 생김을 알 수 있다.
[비교예 2]
광반응성 모노머로 3관능 모노머인 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트와 6관능 모노머인 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트를 각각 50/50 중량부 비율로 사용하되 광반응성 모노머를 총합해서 5g만 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 블랙매트릭스 조성물을 마련하였다.
상기 블랙매트릭스 조성물을 플라즈마 디스플레이 패널의 전면기판에 사용하여 패턴을 형성시킨 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 광반응성 모노머의 함량이 적을 수록 광경화성에 문제가 발생하여 점착력이 약화되고, 이에 따라 패턴 모양이 찌글찌글해지고 패턴 끝단에서 패턴이 들고 일어나는 현생이 발생함을 알 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 항흡습성 및 항흡수성이 우수하고, 광경화성에 문제가 없으면서도접착력이 매우 우수하며, 특히 조성물의 점도가 낮아 코팅성 및 도포성이 양호하고 경화속도가 빠르기 때문에 공정 시간을 단축할 수 있어서 공정적으로 매우 유리한 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물을 제공한다.

Claims (11)

  1. 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물에 있어서,
    (1) 광경화성 유기물 총 중량에 대해서, 아크릴 폴리머 15~55 중량%, 광반응성 모노머 20~40 중량%, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 0.5~30 중량% 및 광중합 개시제 4~15 중량%로 이루어지는 광경화성 유기물 20~85 중량%;
    (2) 무기안료 10~40 중량%; 및
    (3) 유리 분말 5~40 중량%;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    우레탄 아크릴레이트 올리고머의 수평균 분자량이 500~40,000인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    무기안료는 메탈 또는 메탈 옥사이드계 무기안료인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    아크릴 폴리머의 수평균 분자량이 1,000~100,000인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    아크릴 폴리머는 벤질메타크릴레이트, 메타크릴산 및 하이드록시 에틸메타크릴레이트의 삼원 공중합체 또는 벤질메타크릴레이트, 메타크릴산 및 메틸메타크릴레이트의 삼원 공중합체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    광반응성 모노머는 한 개의 아크릴레이트 관능기가 포함되어 있는 단관능성 모노머를 단독으로 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    광 반응성 모노머는 한 개의 아크릴레이트 관능기가 포함되어 있는 단관능성 모노머에 두개 이상의 아크릴레이트 관능기가 포함되어 있는 다관능성 모노머 또는 실란계 모노머를 병용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    광 반응성 모노머는 두개 이상의 아크릴레이트 관능기가 포함되어 있는 다관능성 모노머를 2이상 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    다관능성 모노머는 프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    유리 분말은 산화 납계 또는 비스무스계 화합물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
  11. 제 1항에 있어서,
    광중합 개시제는 벤조페논계 개시제 또는 트리아진계 개시제인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 전면기판용 블랙매트릭스 조성물.
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