KR20070120428A - 흑색조성물, 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽, 및 컬러필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잉크의 유출을 억제하고, 번짐이나 혼색을 방지할 수 있는 격벽을 형성할 수 있는 흑색조성물, 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽, 및 이 격벽을 구비한 컬러필터를 제공한다.

수지성분과 흑색안료를 함유하는 잉크젯 방식 컬러필터 격벽형성용 흑색조성물에 함유되는 흑색안료의 분산입자직경을 120nm 이하로 한다. 또한, 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽의 표면 조도를 8nm 이하로 한다.

컬러필터, 흑색조성물, 격벽

Description

흑색조성물, 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽, 및 컬러필터{Black composition, partition wall for inkjet method color filter and color filter}

본 발명은 격벽의 차광성 막을 형성하기 위한 흑색조성물, 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽, 및 그 격벽을 구비한 컬러필터에 관한 것이다.

액정 디스플레이 등의 표시체는, 서로 대향하여 쌍이 되는 전극이 형성된 2장의 기판 사이에 액정층을 끼우는 구조로 되어 있다. 그리고 한 쪽 기판의 내측에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 등 각 색으로 이루어지는 화소를 가지는 컬러필터가 형성되어 있다. 그리고, 이 컬러필터에서는, 각 화소에 있어서의 서로 다른 색의 혼색을 방지하거나 전극의 패턴을 감추기 위하여, 통상 R, G, B 각 색의 화소를 구획하도록 매트릭스 형상으로 배치된 블랙 매트릭스가 형성되어 있다.

일반적으로 컬러필터는 리소그래피법에 의해 형성된다. 구체적으로는 먼저, 기판에 흑색의 감광성 조성물을 도포, 노광, 현상하고, 블랙 매트릭스를 형성한다. 그 후, 이어서 R, G, B 각 색의 감광성 조성물마다 도포, 노광, 현상을 반복함으로써, 각 색의 패턴을 소정의 위치에 형성하여 컬러필터를 제조한다.

근래에는 컬러필터의 생산성을 향상시키기 위하여, 잉크젯 방식으로 컬러필 터를 제조하는 방법이 검토되고 있다. 잉크젯 방식에 의한 컬러필터의 제조는, 리소그래피법에 의해 격벽을 형성하고, 이 격벽의 틀 안에 R, G, B 각 색의 잉크를 잉크젯 노즐로부터 토출시킴으로써 이루어진다. 상기 잉크젯 방식에서는 잉크의 번짐이나 혼색이 문제시 되었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 격벽형성용 조성물에서 폴리오르가노실록산 사슬을 가지는 비닐 중합체를 사용하는 것이 검토되고 있다(예를 들어, 일본특허공개 2004-177948호 공보).

하지만, 잉크의 번짐이나 혼색을 완전히 억제하기는 어렵다. 특히, 잉크를 격벽 안에 토출하였음에도 불구하고, 이 잉크가 격벽으로부터 흘러나옴으로써 잉크의 번짐이나 혼색이 발생하여 버리는 현상이 일어나고 있다. 이 때문에, 잉크의 유출을 억제할 필요가 있다.

이상의 과제에 감안하여, 본 발명에서는 잉크의 유출을 억제하고, 번짐이나 혼색을 방지할 수 있는 격벽을 형성할 수 있는 흑색조성물, 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽, 및 이 격벽을 구비한 컬러필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 잉크의 유출이 흑색안료의 분산입자직경에 기인하는 것으로, 흑색조성물의 흑색안료의 분산입자직경을 종래 사용되었던 흑색안료보다 작게 함으로써, 잉크의 유출을 억제하고 번짐이나 혼색을 방지할 수 있는 격벽을 형성할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 수지와 흑색안료를 함유하는 잉크젯 방식의 흑색조성물로서, 상기 흑색안료의 분산입자직경이 120nm 이하인 흑색조성물, 이 흑색조성물로 형성된 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽, 및 이 격벽을 구비한 컬러필터를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명자들은 잉크의 유출이 격벽의 표면 조도(roughness)에 기인하는 것으로, 격벽의 표면 조도를 소정의 수치 이하로 함으로써, 잉크의 유출을 억제할 수 있는 격벽을 형성할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽으로서, 표면 조도가 8nm 이하인 격벽, 및 이 격벽을 구비한 컬러필터를 제공하는 것이다.

[흑색조성물]

본 발명에 따른 흑색조성물은, 수지성분과 흑색안료를 함유한다. 이 흑색조성물은 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽(이하, 단순히 '격벽'이라고도 한다)을 형성하기 위한 것이다. 이 격벽은 블랙 매트릭스로서의 기능도 나타낼 수 있다.

[흑색안료]

본 발명에서의 흑색안료는 분산입자직경이 120nm 이하인 것이다.

이와 같이 분산입자직경이 120nm 이하인 흑색안료를 함유하는 흑색조성물에 의해 형성된 격벽은, 격벽안에 토출된 잉크가 격벽으로부터 유출하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 컬러필터에 있어서 잉크의 번짐이나 혼색을 방지할 수 있다.

잉크의 격벽으로부터의 유출은 격벽의 표면 조도의 크기에 기인하며, 모세관 현상에 의해 잉크가 빨아올려짐으로써 발생한다고 추측된다. 이 표면 조도는 흑색안료의 분산입자직경을 120nm 이하로 함으로써 개선된다고 생각된다.

또한, 상기 흑색안료의 분산입자직경은 110nm 이하인 것이 바람직하고, 40nm 이상인 것이 바람직하다. 흑색안료의 분산입자직경을 40nm 이상으로 함으로써, 흑색안료의 분산성을 높이고, 흑색조성물 안에서 흑색안료가 침강하는 것을 억제할 수 있다.

여기서, 본 발명에서의 '분산입자직경'이란, 입자를 액체 안에 분산시킨 상태에서 측정한 입자의 평균입자직경을 말한다.

이와 같은 흑색안료로서는 카본블랙, 티탄블랙, 구리, 철, 망간, 코발트, 크롬, 니켈, 아연, 칼슘, 은 등의 금속산화물, 복합산화물, 금속황화물, 금속황산염, 또는 금속탄산염 등의 무기안료 등도 들 수 있다. 이 흑색안료들 중에서도, 높은 차광성을 가지는 카본블랙이나 티탄블랙을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

카본블랙으로서는 채널 블랙, 퍼니스 블랙(furnace black), 서멀 블랙(thermal black), 램프 블랙 등의 공지의 카본블랙을 사용할 수 있다. 또한, 흑색조성물 안에서의 분산성을 향상시키기 위하여, 수지피복 카본블랙을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 따른 흑색조성물은, 흑색안료를 분산시키는 분산제를 첨가하여도 된다. 분산제로서는 폴리에틸렌이민계, 우레탄 수지계, 아크릴 수지계의 고분자 분산제를 사용하는 것이 바람직하다.

이 분산제들로서는 예를 들어, BYK 저팬 가부시키가이샤 제품인 상품명 BYK- 161, 162, 163, 164, 166, 170, 182, 제네가 가부시키가이샤 제품인 상품명 솔스파스 S3000, S9000, S17000, S20000, S27000, S24000, S26000, S28000 등을 들 수 있다.

또한, 흑색안료의 함유량은 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 흑색조성물을 사용하여 격벽을 형성했을 때의 막두께로 OD(Optical Density) 값이 4 이상이 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 흑색조성물로 형성된 격벽의 OD값이 4 이상이면, 액정 디스플레이의 블랙 매트릭스로서도 충분한 표시 컨트라스트를 얻을 수 있다.

흑색안료의 함유량은 구체적으로는 용제 이외의 전체 고형성분에 대하여, 5질량%에서 70질량%가 바람직하고, 25질량%부터 55질량%가 보다 바람직하다.

[수지성분]

본 발명에 따른 흑색조성물에 사용되는 수지성분으로서는, 구체적으로는 에폭시 수지, 아크릴에폭시 수지, 아크릴 수지, 실록산폴리머계 수지, 폴리이미드 수지, 규소함유 폴리이미드 수지, 폴리이미드 실록산수지, 폴리말레이미드 수지 등의 폴리이미드계 수지가 바람직하게 사용된다.

한편, 컬러필터의 생산성을 향상시키기 위하여, 상기 수지성분은 감광성을 가지고, 노광에 의해 패터닝할 수 있는 것이 바람직하다. 이 수지성분은 포지티브형 감광성 조성물이어도, 네가티브형 감광성 조성물이어도 된다.

<<포지티브형 감광성 조성물>>

본 발명의 수지성분은 포지티브형 감광성 수지조성물인 경우에는, 알칼리 가 용성 수지, 감광제가 포함된다.

<알칼리 가용성 수지>

알칼리 가용성 수지로서는 예를 들어, 노볼락 수지를 들 수 있다.

노볼락 수지로서는 예를 들어, m-크레졸, p-크레졸, 크실레놀(xylenol), 트리메틸페놀 등의 페놀류를 포름알데히드나, 이것과 살리실알데히드와의 혼합 알데히드로 산촉매하에서 통상의 방법에 의해 제조하여 얻어지는 노볼락 수지 등을 들 수 있다.

이와 같은 노볼락 수지 중에서, 특히 질량평균 분자량이 2000에서 50000, 바람직하게는 3000에서 20000의 범위에 있는 것이 실용적으로 사용된다.

<감광제>

상기 감광제로서는 예를 들어, 퀴논디아지드(quinonediazido)기 함유 화합물을 들 수 있다. 이 퀴논디아지드기 함유 화합물로서는 예를 들어, 나프토퀴논-1,2-디아지드-4-술포닐할라이드 또는 나프토퀴논-1,2-디아지드-5-술포닐할라이드와, 2,3,4-트리히드록시벤조페논, 2,3,4,4'-테트라히드록시벤조페논 등의 폴리히드록시벤조페논류, 혹은 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)-2-히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-2,5-디메틸페닐)-2-히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-2,3,5-트리메틸페닐)-2-히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-2,3,5-트리메틸페닐)-3-히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-2,3,5-트리메틸페닐)-4-히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-2-메틸-5-시클로헥실페닐)-3,4-히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-2-메틸-5-시클로헥실페닐)-4-히드록시페닐메탄, 1-[1-(4-히드록시페닐)이소프로필]-4-[1,1-비 스(4-히드록시페닐)에틸]벤젠 등의 트리스페놀류를, 트리에틸아민이나 트리에탄올아민 등의 아민촉매의 존재하에서, 디옥산이나 γ-부티로락토(τ-buthyloacton) 등의 유기용제 안에서 축합반응시켜, 완전 에스테르화 또는 부분 에스테르화시킴으로써 얻어진 것 등을 들 수 있다.

감광제는 상기 알칼리 가용성 수지 100 질량부에 대하여 25 질량부에서 60 질량부의 범위에서 배합되는 것이 바람직하다.

<<네가티브형 감광성 조성물>>

본 발명의 수지성분은 네가티브형 감광성 수지조성물인 경우에는, 광중합성 화합물, 광중합 개시제가 포함된다. '광중합성 화합물'로서는 에틸렌성 이중결합을 가지는 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.

<에틸렌성 이중결합을 가지는 화합물>

(에틸렌성 이중결합을 가지는 고분자 화합물)

에틸렌성 이중결합을 가지는 화합물로서는, 에틸렌성 이중결합을 가지는 고분자 화합물을 들 수 있다. 본 발명에서는 이 질량평균 분자량이 1000 이상인 에틸렌성 이중결합을 가지는 화합물을, 에틸렌성 이중결합을 가지는 고분자 화합물이라고 칭하기로 한다. 이 에틸렌성 이중결합을 가지는 고분자 화합물로서는, 아크릴산, 메타크릴산, 푸마르산, 말레산, 푸마르산 모노메틸, 푸마르산 모노에틸, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아크릴레이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르메타크릴레이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아크릴레이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르메타크릴레이트, 글리세롤아 크릴레이트, 글리세롤메타크릴레이트, 아크릴산아미드, 메타크릴산아미드, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 프로필렌글리콜디아크릴레이트, 프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리메타크릴레이트, 테트라메틸롤프로판테트라아크릴레이트, 테트라메틸롤프로판테트라메타크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리메타크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라메타크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타메타크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디메타크릴레이트, 카르도에폭시디아크릴레이트 등의 모노머, 올리고머류; 다가 알코올류와 1염기산 또는 다염기산을 축합하여 얻어지는 폴리에스테르 프리폴리머에 (메타)아크릴산을 반응하여 얻어지는 폴리에스테르(메타)아크릴레이트, 폴리올기와 2개의 이소시아네이트기를 가지는 화합물을 반응시킨 후, (메타)아크릴산을 반응하여 얻어지는 폴리우레탄(메타)아크릴레이트; 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 페놀 또 는 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 레졸형 에폭시수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 폴리카르복시산 폴리글리시딜에스테르, 폴리올폴리글리시딜에스테르, 지방족 또는 지환식 에폭시 수지, 아민에폭시 수지, 디히드록시벤젠형 에폭시 수지 등의 에폭시 수지와 (메타)아크릴산을 반응하여 얻어지는 에폭시(메타)아크릴레이트 수지 등을 들 수 있다. 또한, 상기 에폭시(메타)아크릴레이트 수지에 다염기산 무수물을 반응시킨 수지를 사용할 수 있다. 이 화합물들은 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기가 도입되어 있다는 점에서 가교효율이 높아져, 도막의 내광성, 내약품성이 뛰어나다.

상기 에틸렌성 이중결합을 가지는 고분자 화합물은, 질량평균 분자량이 1000 이상임으로써 도막을 균일하게 형성할 수 있다. 또한, 이 에틸렌성 이중결합을 가지는 고분자 화합물은 질량평균 분자량이 100000 이하인 것이 바람직하다. 질량평균 분자량을 100000 이하로 함으로써 현상성을 양호하게 할 수 있다.

(광중합성 모노머)

또한, 상기 에틸렌성 이중결합을 가지는 화합물로서는 광중합성 모노머를 들 수 있다. 이 광중합성 모노머로서는 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 프로필렌글리콜디아크릴레이트, 프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리메타크릴레이트, 테트라메틸롤프로판테트라아크릴레이트, 테트라 메틸롤프로판테트라메타크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리메타크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라메타크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타메타크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 카르도에폭시디아크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산 등을 들 수 있는데, 이것들로 한정되지는 않는다. 이 중에서도 다관능성 광중합성 모노머가 바람직하다.

이 에틸렌성 이중결합을 가지는 화합물로서는, 에틸렌성 이중결합을 가지는 고분자 화합물과 광중합성 모노머를 조합시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 경화성을 향상시키고, 패턴형성을 쉽게 할 수 있다.

이와 같은 광중합성 모노머의 함유량은, 흑색조성물에서의 고형분에 대하여 5 질량% 이상 50 질량% 이하가 바람직하고, 10 질량% 이상 40 질량% 이하가 보다 바람직하다. 상기 범위에서 있음으로써, 감도, 현상성, 해상성의 균형이 잘 잡히는 경향이 있어 바람직하다.

(고분자 바인더)

상기에서는 광중합성 화합물로서 그 분자자체가 중합가능한 것을 들었는데, 본 발명에서는 고분자 바인더과 광중합성 모노머의 혼합물도 광중합성 화합물에 포함되는 것으로 한다.

고분자 바인더로서는, 현상이 용이하다는 점에서 알칼리 현상이 가능한 바인더인 것이 바람직하다.

구체적으로는, 고분자 바인더로서, 아크릴산, 메타크릴산 등의 카르복실기를 가지는 모노머와, 아크릴산 메틸, 메타크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 메타크릴산 에틸, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, N-부틸아크릴레이트, N-부틸메타크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 페녹시아크릴레이트, 페녹시메타크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 이소보르닐메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 스틸렌, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴 등과의 공중합체, 및 페놀노볼락형 에폭시아크릴레이트 중합체, 페놀노볼락형 에폭시 메타크릴레이트 중합체, 크레졸노볼락형 에폭시 아크릴레이트 중합체, 크레졸노볼락형 에폭시 메타크릴레이트 중합체, 비스페놀 A형 에폭시 아크릴레이트 중합체, 비스페놀 S형 에폭시 아크릴레이트 중합체 등의 수지를 들 수 있다. 상기 수지를 구성하는 아크릴산, 메타크릴산 등의 카르복실기를 가지는 모노머 성분의 함유량은, 5몰%에서 40몰%의 범위가 바람직하다.

상기 고분자 바인더의 질량평균 분자량의 바람직한 범위는 1000에서 100000이다. 질량평균 분자량을 1000 이상으로 함으로써 도막을 균일하게 형성할 수 있다. 또한, 질량평균 분자량을 100000 이하로 함으로써 현상성을 양호하게 할 수 있다.

광중합성 화합물로서 고분자 바인더와 광중합성 모노머를 포함하는 경우, 고분자 바인더는, 고분자 바인더와 광중합성 모노머와 광중합성 개시제의 합계 100 질량부당 10 질량부에서 60 질량부의 범위에서 배합되는 것이 좋다. 배합량을 10 질량부 이상으로 함으로써, 도포, 건조 시에 막을 쉽게 형성하게 할 수 있으며, 경화후의 피막강도를 충분히 높일 수 있다. 또한, 배합량을 60 질량부 이하로 함으로써, 현상성을 양호하게 할 수 있다.

또한, 광중합성 모노머는, 고분자 바인더과 광중합성 모노머와 광중합성 개시제의 합계 100 질량부당 15 질량부에서 50 질량부의 범위에서 배합되는 것이 바람직하다. 상기 배합량을 15 질량부 이상으로 함으로써, 광경화 불량을 방지하고 충분한 내열성, 내약품성을 얻을 수 있다. 또한, 배합량을 50 질량부 이하로 함으로써, 도막형성능력을 양호하게 할 수 있다.

<광중합 개시제>

광중합 개시제로서는 예를 들어, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-[4-(2-히드록시에톡시)페닐]-2-히드록시-2-메틸-1-프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-(4-드데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 비스(4-디메틸아미노페닐)케톤, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모노폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모노폴리노페닐)-부탄-1-온, 에탄온(ethanone), 1-[9-에틸렌-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-1-(O-아세틸옥심), 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥시드, 4-벤조일-4'-메틸디메틸설파이드, 4-디메틸아미노 안식향산, 4-디메틸아미노 안식향산 메틸, 4-디메틸아미노 안식향산 에틸, 4-디메틸아미노 안식향산 부틸, 4-디메틸아미노-2-에틸헥실 안식향산, 4-디메틸아미노-2-이소아밀 안식향산, 벤질-β-메톡시에틸아세탈, 벤질디메틸케탈, 1-페닐-1,2-프로판디온- 2-(O-에톡시카르보닐)옥심, O-벤조일 안식향산 메틸, 2,4-디에틸티오크산톤, 2-클로로티오크산톤, 2,4-디메틸티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤, 티오크산텐, 2-클로로티오크산텐, 2,4-디에틸티오크산텐, 2-메틸티오크산텐, 2-이소프로필티오크산텐, 2-에틸안트라퀴논, 옥타메틸안트라퀴논, 1,2-벤즈안트라퀴논, 2,3-디페닐안트라퀴논, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일퍼옥사이드, 쿠멘퍼옥사이드, 2-메르캅토벤조이미다졸, 2-메르캅토벤조옥사졸, 2-메르캅토벤조티아졸, 2-(O-클로로페닐)-4,5-디(m-메톡시페닐)-이미다졸릴 이량체, 벤조페논, 2-클로로벤조페논, p,p'-비스디메틸아미노벤조페논, 4,4'-비스디에틸아미노벤조페논, 4,4'-디클로로벤조페논, 3,3-디메틸-4-메톡시벤조페논, 벤질, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인-n-부틸에테르, 벤조인이소부틸에테르, 벤조인부틸에테르, 아세토페논, 2,2-디에톡시아세토페논, p-디메틸아세토페논, p-디메틸아미노프로피오페논, 디클로로아세토페논, 트리클로로아세토페논, p-tert-부틸아세토페논, p-디메틸아미노아세토페논, p-tert-부틸트리클로로아세토페논, p-tert-부틸디클로로아세토페논, α,α-디클로로-4-페녹시아세토페논, 티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 2-이소프로필티옥산톤, 디벤조스베론(benzosuberone), 펜틸-4-디메틸아미노벤조에이트, 9-페닐아크리딘, 1,7-비스-(9-아크리디닐)헵탄, 1,5-비스-(9-아크리디닐)헵탄, 1,3-비스-(9-아크리디닐)프로판, p-메톡시트리아진, 2,4,6-트리스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-메틸-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(5-메틸푸란-2-일)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(푸란-2-일)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(4-디에틸아미노-2-메틸 페닐)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(3,4-디메톡시페놀)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(4-메톡시페닐)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(4-에톡시스티릴)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(4-n-부톡시페닐)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2,4-비스-트리클로로메틸-6-(3-브로모-4-메톡시)페닐-s-트리아진, 2,4-비스-트리클로로메틸-6-(2-브로모-4-메톡시)페닐-s-트리아진, 2,4-비스-트리클로로메틸-6-(3-브로모-4-메톡시)스티릴페닐-s-트리아진, 2,4-비스-트리클로로메틸-6-(2-브로모-4-메톡시)스티릴페닐-s-트리아진 등을 들 수 있다. 이 광중합 개시제들은 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상 조합하여 사용하여도 된다.

이 광중합 개시제는, 상기 광중합성 화합물과 광중합 개시제의 합계 100 질량부에 대하여, 1 질량부에서 40 질량부 포함되는 것이 바람직하다.

[용제]

흑색조성물은 용제를 포함하는 것이 바람직하다. 이 용제로서는 예를 들어, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노-n-프로필에테르, 에틸렌글리콜모노-n-부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노-n-프로필에테르, 디에틸렌글리콜모노-n-부틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노-n-프로필에테르, 프로필렌글리콜모노-n-부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노-n-프로필에테 르, 디프로필렌글리콜모노-n-부틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노에틸에테르 등의 (폴리)알킬렌글리콜모노알킬에테르류; 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 (폴리)알킬렌글리콜모노알킬에테르아세테이트류; 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 테트라히드로푸란 등의 다른 에테르류; 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 2-헵타논(heptanone), 3-헵타논 등의 케톤류; 2-히드록시프로피온산메틸, 2-히드록시프로피온산에틸 등의 유산알킬에스테르류; 2-히드록시-2-메틸프로필산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸, 3-메톡시프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 에톡시초산에틸, 히드록시초산에틸, 2-히드록시-3-메틸부탄산메틸, 3-메톡시부틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시부틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시부틸프로피오네이트, 초산에틸, 초산n-프로필, 초산i-프로필, 초산n-부틸, 초산i-부틸, 포름산n-펜틸, 초산i-펜틸, 프로피온산n-부틸, 부티르산에틸, 부티르산n-프로필, 부티르산i-프로필, 부티르산n-부틸, 피부르산 메틸, 피부르산 에틸, 피부르산 n-프로필, 아세토아세트산 메틸, 아세토아세트산 에틸, 2-옥소부탄산에틸 등의 다른 에스테르류; 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류; N-메틸피롤리든, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 등의 아미드류 등을 들 수 있다. 이 용제들은 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 된다.

그 중에서도 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 시클로헥사논, 3-메톡시부틸아세테이트는, 광중합성 화합물, 광중합 개시제에 대하여 뛰어난 용해성을 나타내는 동시에, 흑색안료 등의 불용성 성분의 분산성을 양호하게 할 수 있기 때문에 바람직하고, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 3-메톡시부틸아세테이트를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 용제는, 수지성분 및 흑색안료의 합계 100 질량부에 대하여, 50 질량부에서 500 질량부의 범위에서 사용할 수 있다.

[그 밖의 성분]

본 발명에 따른 흑색조성물에서는 필요에 따라 첨가제를 배합할 수 있다. 구체적으로는 열중합 금지제, 소포제, 계면활성제, 증감제, 경화촉진제, 광가교제, 광증감제, 분산제, 분산조제, 충전제, 밀착촉진제, 산화방지제, 자외선 흡수제, 응집방지제 등을 들 수 있다.

또한, 열중합 금지제로서는 히드로퀴논, 히드로퀴논모노에틸에테르 등을 사용할 수 있다. 또한, 소포제로서는 실리콘계, 불소계 화합물을, 계면활성제로서는 아니온계, 카티온계, 노니온계 등의 공지의 각종 계면활성제를 사용할 수 있다.

[흑색조성물의 조제방법]

본 발명에 따른 흑색조성물은, 상술한 수지성분, 흑색안료 등을 모두 교반기에서 혼합함으로써 얻어진다. 또한, 얻어진 혼합물이 균일한 것이 되도록 필터를 사용하여 여과하여도 된다.

[잉크젯 방식 컬러필터용 격벽]

본 발명에 따른 격벽은, 상술한 본 발명에 따른 흑색조성물을 사용하여 형성할 수 있다. 분자입자직경이 120nm 이하인 흑색안료를 함유하는 본 발명에 따른 흑색조성물에 의해 형성된 격벽은, 격벽 안에 토출된 잉크가 격벽으로부터 유출하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 컬러필터에 있어서 잉크의 번짐이나 혼색을 방지할 수 있다.

잉크의 격벽으로부터의 유출은 격벽의 표면 조도의 크기에 기인하며, 모세관 현상에 의해 잉크가 빨아올려짐으로써 발생한다고 추측된다. 이 표면 조도는 흑색안료의 분산입자직경을 120nm 이하로 함으로써 개선된다고 생각된다.

또한, 본 발명에 따른 격벽은, 본 발명에 따른 흑색조성물 이외의 격벽형성용 조성물을 사용하여 형성할 수도 있다. 이와 같은 격벽형성용 조성물을 사용한 경우에도, 격벽의 표면 조도를 8nm 이하, 바람직하게는 1~6nm로 함으로써, 격벽 안에 토출된 잉크가 격벽으로부터 유출하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 컬러필터에 있어서 잉크의 번짐이나 혼색을 방지할 수 있다. 한편, 본 발명에서의 표면 조도란, 원자간력 현미경(AFM)으로 측정했을 때의 표면 조도(Ra)를 말한다.

상술한 바와 같이, 잉크의 격벽으로부터의 유출은 격벽의 표면 조도의 크기에 기인하며, 모세관 현상에 의해 잉크가 빨아올려짐으로써 발생한다고 추측된다. 그리고, 격벽의 표면 조도를 8nm 이하로 함으로써 모세관 현상에 의한 잉크의 빨아들임을 억제할 수 있어, 잉크의 유출을 억제할 수 있게 된다고 생각된다.

표면 조도가 8nm 이하인 본 발명에 따른 격벽을 형성하기 위한 격벽형성용 조성물은, 본 발명에 따른 흑색조성물과 마찬가지의 수지성분, 용제, 및 필요에 따라 첨가제를 함유한다. 형성되는 격벽은 투명하여도 흑색이어도 되는데, 흑색인 것이 보다 바람직하다. 격벽을 흑색으로 함으로써 블랙 매트릭스로 할 수 있으며, 블랙 매트릭스와 일체 형성할 수 있다. 격벽을 흑색으로 하는 경우, 격벽형성용 조성물은 더욱 흑색안료를 함유한다.

흑색안료로서는, 차광성을 가지고 표면 조도를 8nm 이하로 할 수 있는 분산입자직경을 가지고 있는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는 분산입자직경이 120nm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 흑색안료의 분산입자직경을 바꿈으로써, 격벽의 표면 조도를 자유롭게 조정할 수 있다. 이에 의해, 잉크가 번지는 정도를 자유롭게 조정할 수 있는 격벽을 형성할 수 있게 된다.

또한, 상기 흑색안료의 분산입자직경은 110nm 이하인 것이 바람직하고, 40nm 이상인 것이 바람직하다. 흑색안료의 분사입자직경을 40nm 이상으로 함으로써 흑색안료의 분산성을 높여, 격벽형성용 조성물로 흑색안료가 침강해 버리는 것을 억제할 수 있다.

[컬러필터의 형성]

본 발명에 따른 흑색조성물을 사용하여 격벽 및 이 격벽을 구비한 컬러필터를 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 한편, 상술한 격벽형성용 조성물을 사용한 경우에도, 마찬가지의 방법에 의해 격벽 및 이 격벽을 구비한 컬러필터를 형성하는 것이 가능하다.

먼저, 본 발명에 따른 흑색조성물을 기판 상에 롤 코팅, 리버스 코팅, 바 코팅 등의 접촉전사형 도포장치나 스피너(회전식 도포장치), 커튼 플로우 코팅 등의 비접촉형 도포장치를 사용하여 도포한다. 기판은 광투과성을 가지는 기판이 사용된다.

이어서, 도포된 흑색조성물을 건조시켜 도막을 형성한다. 건조방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, (1) 핫 플레이트에서 80℃~120℃, 바람직하게는 90℃~100℃의 온도에서 60초~120초 동안 건조하는 방법, (2) 실온에서 수시간에서 수일간 방치하는 방법, (3) 온풍 히터나 적외선 히터 안에 수십분에서 수시간 넣어 용제를 제거하는 방법 중, 어느 방법을 사용하여도 된다.

이어서, 이 도막에 마스크를 통하여 자외선, 엑시머 레이저광 등의 활성 에너지선을 조사하여 부분적으로 노광한다. 조사하는 에너지선량은, 흑색조성물의 조성에 따라 다르지만, 예를 들어, 30mJ/cm²에서 2000mJ/cm² 정도가 바람직하다.

이어서, 노광후의 막을 현상액에 의해 현상함으로써 원하는 형상으로 패터닝한다. 현상방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 침지법, 스프레이법 등을 사용할 수 있다. 현상액으로서는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 유기계의 것이나, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 암모니아, 4급암모늄염 등의 수용액을 들 수 있다.

이어서, 현상후의 패턴을 200℃ 정도에서 포스트베이크한다. 또한, 형성된 패턴을 전면노광하는 것이 바람직하다.

이상에 의해 소정의 패턴 형상을 가지는 격벽(블랙 매트릭스)을 형성할 수 있다.

한편, 기판 상에 형성된 격벽(블랙 매트릭스)의 두께로는 통상 0.5㎛에서 10㎛의 범위내에서 설정할 수 있으며, 1㎛에서 5㎛인 것이 바람직하고, 1.5㎛에서 4㎛인 것이 더욱 바람직하다. 막두께가 1.5㎛ 이상이면, 잉크젯 방식의 컬러필터의 격벽으로서 사용하는데 있어 특히 바람직하다.

또한, 형성된 격벽의 프로파일 각도는 50° 이상인 것이 바람직하고, 70° 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 이 프로파일 각도는 90° 미만인 것이 바람직하다. 여기서, '프로파일 각도'란, 기판표면과 패턴의 사면이 이루는 각도를 말한다. 또한, 상기 격벽은 개구부를 가지도록 형성된다.

잉크젯 방식으로 컬러필터를 형성하는 때, 잉크조성물이 격벽 개구부의 밖으로 흘러나와 버리는 경우가 있는데, 프로파일 각도를 50° 이상으로 함으로써, 잉크조성물이 다소 흘러나와도 흘러나온 잉크조성물을 개구부 안으로 되돌릴 수 있기 때문에, 흘러나오는 것을 방지할 수 있게 된다.

마지막으로, 상기 순서로 형성된 블랙 매트릭스를 겸하는 격벽의 개구부에, R, G, B의 잉크를 상기 개구부에 잉크젯 방식으로 토출하여 격벽 안에 모으고, 모아진 잉크를 열 또는 광으로 경화시킨다. 이에 의해, 컬러필터를 형성할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 따라 설명한다.

[합성예 1]

500ml의 입구가 4개인 플라스코 안에, 비스페놀 플루오렌형 에폭시 수지 235g(에폭시 당량 235), 테트라메틸암모늄클로라이드 110mg, 2,6-디-tert부틸-4-메틸페놀 100mg, 및 아크릴산 72.0g을, 25ml/분의 속도로 공기를 불어넣으면서 90℃~100℃에서 가열하여 용해시켰다.

이어서, 이 용액이 백탁한 상태 그대로 120℃까지 천천히 승온하여 완전 용해시켰다. 이 때, 용액은 점차 투명점조로 되어 가는데, 그대도 교반을 계속하였다. 그 동안에 산가를 측정하고, 1.0mgKOH/g 미만이 될 때까지 약 12 시간 가열교반을 계속하였다. 그리고 실온까지 냉각하고, 하기 화학식 1로 나타내어지는 무색투명하고 고체형상인 비스페놀 플루오렌형 에폭시아크릴레이트를 얻었다.

이어서, 이와 같이 하여 얻어진 상기 비스페놀 플루오렌형 에폭시아크릴레이트 307.0g에, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 600g을 더하여 용해시킨 후, 벤조페논테트라카르복시산 이무수물 80.5g, 및 브롬화 테트라에틸암모늄 1g을 혼합하고, 110℃~115℃에서 4시간 반응시켯다. 산무수물기의 소실을 확인한 후, 1,2,3,6-테트라히드로무수프탈산 38.0g을 혼합하고, 90℃에서 6시간 반응시켜 수지를 얻었다. 한편, 산무수물기의 소실을 IR 스펙트럼으로 확인하였다.

[실시예 1]

합성예 1에서 합성한 수지를 30 질량부, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트(DPHA) 20질량부, 광중합 개시제(상품명: 일가큐어 369) 10질량부, 입자직경 100nm의 카본블랙을 포함하는 안료분산액(상품명: RT(카본블랙 함유량 20질량%, 용제 3-메톡시부틸아세테이트), 일본 미쿠니컬러사 제품) 50질량부를 혼합하고, 프로필렌글리콜모노메틸아세테이트로 고형분 농도가 28질량%가 되도록 조정하여, 흑색조성물(격벽형성용 조성물)을 조제하였다.

이 흑색조성물을 글라스 기판에 도포하고, 90℃에서 건조시켜 도막을 얻었다.

이어서, 이 도막(흑색조성물층)에 노광량 100mJ/Dev로 자외선을 조사하였다. 그 후, 0.04%의 수산화칼륨 용액으로 현상하고 220℃에서 포스트베이크함으로써, 두께 2.0㎛의 격벽을 형성하였다. 원자간력 현미경(AFM)을 사용하여 이 격벽의 표면 조도(Ra)를 측정한 결과, Ra=4.5nm였다.

상기 순서에 의해 얻어진 격벽에 녹색 잉크(녹색 레지스트)(상품명: RH1008, 일본 도쿄 오카 고교사 제품)를 떨어뜨리면, 격벽 밖으로의 잉크의 유출이 관찰되지 않았다.

[비교예 1]

안료분산액으로서 입자직경 160nm의 카본블랙을 포함하는 안료분산액(상품명 OCT(카본블랙 함유량 20%, 용제 3-메톡시부틸아세테이트), 미쿠니컬러사 제품)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 격벽을 형성하였다. 이 격벽의 표면 조도는 Ra=10.55nm였다.

이 격벽에 상술한 것과 마찬가지의 잉크를 떨어뜨렸다. 그 결과, 격벽 밖으로의 잉크 유출이 관찰되었다.

이상으로부터, 본 발명에 따른 흑색조성물은 잉크의 유출을 억제할 수 있는 격벽을 형성할 수 있는 것이 나타내어졌다. 또한, 본 발명에 따른 격벽은 잉크의 유출을 억제할 수 있는 것이 나타내어졌다.

본 발명에 따르면, 흑색안료의 분산입자직경을 120nm 이하로 함으로써, 잉크의 유출을 억제하는 것이 가능한 격벽을 형성할 수 있는 흑색조성물을 제공할 수 있다.

또한, 이 흑색조성물을 사용함으로써, 광투과율 저하의 우려가 적은 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽이나 컬러필터를 형성할 수 있게 되었다.

또한, 본 발명에 따르면, 격벽의 표면 조도를 8nm 이하로 함으로써, 잉크의 유출을 억제할 수 있는 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽을 제공할 수 있게 되었다.

더구나, 이 격벽을 구비함으로써, 광투과율 저하의 우려가 적은 컬러필터를 형성하는 것이 가능해졌다.

Claims (10)

1. 수지성분과 흑색안료를 함유하는 잉크젯 방식 컬러필터 격벽형성용 흑색조성물로서,

   상기 흑색안료의 분산입자직경은 120nm 이하인 흑색조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 흑색안료는 카본블랙 또는 티탄블랙인 흑색조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수지성분은 광중합성 화합물을 포함하고, 광중합 개시제를 더 포함하는 흑색조성물.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 흑색안료의 함유량은, 용제 이외의 전체 고형성분에 대하여, 5질량%에서 70질량%인 흑색조성물.
5. 제 1 항에 기재된 흑색조성물에 의해 형성된 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽.
6. 표면 조도가 8nm 이하인 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽.
7. 제 6 항에 있어서,

   흑색인 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽.
8. 제 7 항에 있어서,

   수지성분과 흑색안료를 함유하는 격벽형성용 조성물로 형성된 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 흑색안료는 카본블랙 또는 티탄블랙인 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽.
10. 제 5 항 또는 제 6 항에 기재된 잉크젯 방식 컬러필터용 격벽을 구비한 컬러필터.