KR20100028939A - 컬럼 스페이서용 광경화성 수지 조성물 - Google Patents

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KR20100028939A
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Abstract

본 발명은 상용성이 좋은 알칼리 가용성 수지를 이용한 컬럼 스페이서 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 알칼리 가용성 수지, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 감광성 수지 조성물은 컬럼 스페이서 제조시에도 상용성이 좋아 상분리가 일어나지 않고, 저장 안전성이 뛰어나며, 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display)의 컬럼 스페이서 박막을 광식각법에 의해 제조할 수 있는 효과가 있다.
[화학식 1]
Figure 112008063394232-PAT00001
(여기서, X는 H, CH3, CH2CH3 또는 CH2CH2CH2CH3 이고, n 은 2 ~ 9 범위 내의 정수이다)
컬럼 스페이서, 상용성, 알칼리 가용성 수지

Description

컬럼 스페이서용 광경화성 수지 조성물{PHOTORESIST COMPOSITION FOR COLUMN SPACER}
본 발명은 상용성이 좋은 알칼리 가용성 수지를 이용한 컬럼 스페이서 조성물에 관한 것이다.
액정 표시 소자는 일정한 간격을 갖는 상부 및 하부 패널과 상기 패널 사이에 주입되는 액정에 의해 구성된다. 상부 패널과 하부 패널과의 간격은 셀갭이라고 하며 주입되는 액정의 두께를 결정한다. 액정 표시 소자에서는 패널 전체에 걸쳐 셀갭이 일정하게 유지될 수 있어야 한다. 왜냐하면, 셀갭의 균일성 여부는 액정의 고속 응답 특성, 콘트라스트 및 광시야 각도에 영향을 미치기 때문이다.
종래에는 셀 갭을 조절하는 기술로 2장의 기판 중간에 셀갭보다 조금 더 큰 투명한 유리, 실리카 입자 혹은 플라스틱 비드(bead)와 같은 구형 또는 실린더형의 스페이서 입자를 분산, 도포하여 셀갭을 조절하는 방식이 사용되어 왔다.
그러나, 이 방식은 원하는 위치에 스페이서 입자를 분산, 도포하기가 어려울 뿐더러, 입자의 응집이나 진동 또는 외부의 충격에 의한 입자의 위치 변화가 발생한다는 다른 문제점을 유발한다. 이 방식에 의하면, 액정 표시 소자의 유효 화소 영역에 스페이서 입자가 비치거나 입사광을 산란시키는 등의 문제로 액정표시소자의 색상 변화 및 화상 뒤틀림 문제를 유발하며, 배향막과 전극의 손상 등을 유발시키는 공정불량 원인을 제공할 수도 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 감광성 수지 조성물을 이용한 패턴형 컬럼 스페이서 제조 방법이 제안된 바 있다. 이 방법은 감광성 수지 조성물을 기판에 도포한 후 컬럼 스페이서 패턴에 대응하는 소정의 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 감광성 수지 조성물이 도포된 기판을 자외선에 노광하고, 노광되지 않은 수지 조성물 부분을 제거함으로써 스페이서를 형성한다. 이 방법은 원하는 위치에 고정된 상태로 스페이서를 형성할 수 있으므로 전술한 문제점을 해결하여 액정 표시 소자의 콘트라스트 및 개구율을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 감광성 수지 조성물은 알칼리 가용성 수지, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물, 광중합 개시제, 소량의 첨가제 및 용매를 포함한다. 통상적으로 감광성 수지 조성물은 기판상에 감광성 수지 조성물을 도포하여 액체 상태의 박막을 형성하고 진공과 열을 가해 박막을 고형화 시키는 코팅 단계; 상기 박막의 특정 부분에 포토 마스크 등을 이용하여 방사선 조사에 의한 노광을 실시하는 노광 단계; 감광되지 않은 부분을 알칼리 수용액으로 제거한 후 다시 순수한 물로 세정하는 현상 단계; 및 감광된 부분을 강화하기 위한 소성 단계를 포함하는 공정을 거쳐 원하는 형태를 지닌 박막층을 제조하는데 사용되어 진다.
컬럼 스페이서용 조성물을 만드는데 있어서 알칼리 가용성 수지와 그 외 물질의 상용성은 매우 중요하다. 상용성이 좋지 않은 경우 알칼리 가용성 수지와 그 이외의 화합물이 섞이지 않아 층 분리가 발생할 수 있다. 또한 용액 상태에서 층분리가 발생하지 않았더라도 프리베이크 과정을 거치면서 필름 상태에서 용매 비율이 낮아지면서 뿌옇게 흐려지는 현상이 발생할 수도 있다.
상용성 문제를 해결하는 방법은 1) 글리시딜 메타 아크릴레이트를 사용하여 알칼리 가용성 수지를 중합하는 방법, 2) 알칼리 가용성 수지에 아크릴레이트 혹은 메타 아크릴레이트를 도입하는 방법이 있다. 하지만 1)번 방법의 경우 조성물의 저장 안정성이 좋지 않아 조성물의 특성이 변하는 문제점이 있으며, 2)번 방법의 경우 저장 안정정성은 뛰어나나 알칼리 가용성 수지를 제조함에 있어 2 단계로 진행해야 하므로 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 컬럼 스페이서 제조시에도 상용성이 좋아 상분리가 일어나지 않으면서도, 저장 안전성이 뛰어나며, 컬럼 스페이서 제조 공정도 단축시킬 수 있는 컬럼 스페이서용 광경화성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
알칼리 가용성 수지, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하여 중합된 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112008063394232-PAT00002
(여기서, X는 H, CH3, CH2CH3 또는 CH2CH2CH2CH3 이고, n 은 2 ~ 9 범위 내의 정수이다)
또한 본 발명에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 산기를 구비한 모노머를 포함하여 중합된 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 산기를 구비한 모노머 및 상기 산기를 구비한 모노머와 공중합 가능한 모노머의 공중합체를 포함하여 중합된 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지의 산가는 50 내지 300 KOH mg/g 인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 중량 평균 분자량이 1,000 내지 200,000 범위 내인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 전체 조성물에 1 내지 20 중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물은 전체 조성물에 1 내지 20 중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 광중합 개시제는 전체 조성물에 1 내지 20 중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 용매는 전체 조성물에 40 내지 95 중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 경화촉진제, 열중합억제제, 가소제, 접착촉진제, 충진제 및 계면 활성제에서 선택되어지는 하나 또는 이들의 2 이상 조합인 첨가제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 감광성 수지 조성물의 용도는 컬럼 스페이서 제조용인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물을 포함하는 컬럼 스페이서를 제공한다.
또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물을 기판에 도포하는 단계;
상기 도포된 조성물에 포토마스크를 통한 노광을 시키는 단계;
상기 노광된 조성물을 현상시키는 단계; 및
상기 현상된 조성물을 탈이온수로 세척하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬럼 스페이서 제조방법을 제공한다.
본 발명의 감광성 수지 조성물은 컬럼 스페이서 제조시에도 상용성이 좋아 상분리가 일어나지 않고, 저장 안전성이 뛰어나며, 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display)의 컬럼 스페이서 박막을 광식각법에 의해 제조할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
알칼리 가용성 수지, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112008063394232-PAT00003
(여기서, X는 H, CH3, CH2CH3 또는 CH2CH2CH2CH3 이고, n 은 2 ~ 9 범위 내의 정수이다)
상기 알칼리 가용성 수지는 상기 화학식 1로 표현된 모노머 및 산기를 포함하는 모노머의 공중합체 또는 상기 화학식 1로 표현된 모노머, 산기를 포함하는 모노머 및 상기 산기를 포함하는 모노머와 공중합 가능한 모노머의 공중합체인 것일 수 있다.
상기 산기를 포함하는 모노머는 (메타)아크릴산, 크로톤산, 이타콘산, 말레인산, 이소플렌 술폰산, 스티렌 술폰산, 5-노보넨-2-카르복실산, 모노-2-((메타)아크릴로일옥시)에틸 프탈레이트, 모노-2-((메타)아크릴로옥시)에틸숙시네이트, ω-카르복시 폴리카프로락톤 모노(메타)아크릴레이트 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 2 이상의 조합인 것일 수 있다.
또한, 상기 산기를 포함하는 모노머와 공중합이 가능한 모노머는 스티렌, 클로로 스티렌, α-메틸 스티렌, 비닐 톨루엔, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메 타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 2-페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 테트라히드로퍼프릴(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-클로로프로필(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노메틸(메타)아크릴레이트, 디에틸아미노(메타)아크릴레이트, 아실옥틸옥시-2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 에틸헥실아크릴레이트, 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, β-(메타)아실올옥시에틸히드로겐수시네이트, N-페닐말레이미드, N-(4-클로로페닐)말레이미드 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 2 이상의 조합인 것일 수 있다.
또한, 상기 산기를 포함하는 모노머와 공중합 가능한 모노머로서 에폭시기를 함유한 에틸렌성 불포화 화합물을 포함할 수도 있다. 이에 대한 예시로 알릴글리시딜 에테르, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 3,4-에폭시시클로헥실메틸(메타)아크릴레이트, 글리시딜 5-노보덴-2-메틸-카복실레이트(엔도, 엑소 혼합물), 1,2-에폭시-헥센, 1,2-에폭시-9-데센 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 2 이상의 조합인 것을 들 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지의 산가는 50 ~ 300 KOH mg/g 범위 이내 인 것이 바람직하다.
산가가 50 미만인 경우에는 알칼리 현상액에 대한 용해도가 낮아 현상시간이 길어지고 기판상에 잔사가 남을 우려가 있으며, 산가가 300을 초과하는 경우에는 패턴의 탈착이 일어나고 패턴의 직진성을 확보할 수 없으며 패턴의 테이퍼각이 90도를 넘은 역테이퍼를 보이게 될 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지의 중량 평균 분자량은 1,000 ~ 200,000인 것이 바람직하다.
상기 알칼리 가용성 수지의 중량 평균 분자량이 1,000 미만인 경우에는 바인더 폴리머로서 요구되는 구성 성분간의 바인딩 능력이 약하고, 현상시의 물리적 외력에 견딜 수 없어 패턴이 소실되며 기본적인 내열성 및 내화학성 등의 물성을 만족할 수 없을 수 있다. 중량 평균 분자량이 200,000을 초과하는 경우에는 알칼리 현상액에 대한 현상성이 과도하게 적어 현상공정 특성이 저하되고 현상이 불가능해질 우려가 있다. 또한 흐름성이 나빠져서 코팅 두께의 제어나 두께의 균일성 확보가 어려워지는 단점이 발생한다.
상기 알칼리 가용성 수지는 감광성 수지 조성물에 1 내지 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물은 분자 중에 적어도 1개 이상의 부가중합 가능한 불포화기를 갖는 모노머를 사용할 수 있으며, 이들의 비제한적인 예로는 에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌기의 수가 2 ~ 14인 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 디(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라(메틸)아크릴레이트, 프로필렌기의 수가 2 ~ 14인 프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트 등의 다가 알코올 α,β-불포화 카르복실산으로 에스테르화하여 얻어지는 화합물 ; 트리메틸올프로판 트리클리시딜에테르아크릴산 부가물, 비스페놀 A 디글리시딜에테르아크릴산 부가물, 등의 글리시딜기를 함유하는 화합물에 (메타)아크릴산을 부가하여 얻어지는 화합물 ; β-히드록시에틸(메타)아크릴레이트의 프탈산디에스테르, β-히드록시에틸(메타)아크릴레이트의 톨루엔 디이소시아네이트 부가물 등의 수산기 또는 에틸렌성 불포화 결합을 가지는 화합물과 다가 카르복실산과의 에스테르 화합물, 또는 폴리이소시아네이트와의 부가물; 및 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴산 알킬에스테르 또는 이들의 혼합물 등이 있다.
상기 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물의 함량은 전체 감광성 수지 조성물에 1 내지 20 중량%가 바람직하다. 1 중량% 미만인 경우 가교가 불충분하 여 현상시 패텬 유지가 어려워지며, 20 중량%를 초과하는 경우 현상성이 저하되는 문제점이 발생할 우려가 있다.
상기 광중합 개시제는 당해 기술 분야에 널리 알려진 광중합 개시제 및 광증감제를 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는 2,4-트리클로로메틸-(4'메톡시페닐)-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-(4'메톡시스티릴)-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-(피플로닐)-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-(3',4'디메톡시페닐)-6-트리아진, 3-{4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오}프로판산 등의 트리아진 화합물; 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐 비이미다졸, 2,2'-비스(2,3-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐비이미다졸 등의 비이미다졸 화합물; 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)-페닐(2-히드록시)프로필 케톤, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤, 벤조인메틸 에테르, 벤조인에틸 에테르, 벤조인이소부틸 에테르, 벤조인부틸에테르, 2,2-디메톡시-2-페닐 아세토페논, 2-메틸-(4-메틸티오페닐)-2-몰폴리노-1-프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-몰폴리노페닐)-부탄-1-온, 등의 아세토페논계 화합물; 벤조페논, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 2,4,6-트리메틸아미노벤조페논, 메틸-o-벤조일벤조에이트, 3,3-디메틸-4-메톡시벤조페논, 3,3',4,4'-테트라(t-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논 등의 벤조페논계 화합물; 9-플로레논, 2-클로로-9-플로레논, 2-메틸- 9-플로레논 등의 플로레논계 화합물; 티옥산톤, 2,4-디에틸 티옥산톤, 2-콜로로 티옥산톤, 1-클로로-4-프로필옥시 티옥산톤, 디이소프로필 티옥산톤 등의 티옥산톤계 화합물; 크산톤, 2-메틸크산톤 등의 크산톤계 화합물; 안트라퀴논, 2-메틸 안트라퀴논, 2-에틸 안트라퀴논, t-부틸 안트라퀴논, 2,6-디클로로-9,10-안트라퀴논 등의 안트라퀴논계 화합물; 9-페닐아크리딘, 1,7-비스(9-아크리디닐)헵탄, 1,5-비스(9-아크리디닐)펜탄, 1,3-비스(9-아크리디닐)프로판 등의 아크리딘계 화합물; 벤질, 1,7,7-티리메틸-비스클로로[2,2,1]헵탄-2,3-디온, 9,10-펜안트렌퀴논 등의 디카르보닐 화합물; 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드, 비스(2,6-디클로로벤조일)프로필 포스핀 옥사이드 등의 포스핀 옥사이드계 화합물; 메틸 4-(디메틸아미노)벤조에이트, 에틸-4-(디메틸아미노)벤조에이트, 2-n-부톡시에틸 4-(디메틸아미노)벤조에이트, 2,5-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로펜타논, 2,6-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로헥사논, 2,6-비스(4-디에틸아미노벤잘)-4-메틸-시클로헥사논 등의 아민계 시너지스트; 3,3'-카르보닐비닐-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-(2-벤조티아졸일)-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-벤조일-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-벤조일-7-메톡시-쿠마린, 10,10'-카르보닐비스[1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H,11H-C1]-벤조피라노[6,7,8-ij]-퀴놀리진-11-온 등의 쿠마린계 화합물; 4-디에틸아미노 칼콘, 4-아지드벤잘아세토페논 등의 칼콘 화합물; 2-벤조일메틸렌, 3-메틸-β-나프토티아졸린 또는 이들의 혼합물 등이 있다.
상기 광중합 개시제의 함량은 감광성 수지 조성물 전체에 대해 1 내지 20 중량%가 바람직하며, 특히 1 내지 5 중량%가 더욱 바람직하다. 광중합 개시제의 사용량이 1 중량% 미만인 경우 가교가 적게 일어나 패턴 형성이 어려우며, 20 중량%를 초과하는 경우 오븐 공정 중 승화가 일어나는 등의 문제가 발생할 수 있다.
상기 용매는 당해 기술 분야에 감광성 수지 조성물 제조시 통상적으로 널리 사용되는 모든 용매를 사용할 수 있다. 상기 용매의 비제한적인 예로는 메틸 에틸 케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 에틸렌글리콜디메틸 에테르, 에틸렌글리콜 디에틸 에테르, 프로필렌글리콜 디메틸 에테르, 프로필렌글리콜 디에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 메틸 에틸 에테르, 2-에톡시 프로판올, 2-메톡시프로판올, 3-메톡시 부탄올, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 3-메톡시부틸 아세테이트, 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 에틸 셀로솔브 아세테이트, 메틸 셀로솔브 아세테이트, 부틸 아세테이트, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 또는 이들의 2종 이상 혼합물 등이 있다.
상기 용매는 40 내지 95 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위 이외에서는 컬럼 스페이서 제조 공정시에 점도 등의 물성이 바람직하지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물은 필요에 따라 경화촉진제, 열중합억제제, 가소제, 접착촉진제, 충진제 또는 계면 화성제 등의 첨가제를 추가적으로 1종 이상 포함할 수 있다.
상기 경화 촉진제의 예로는 2-머캡토벤조이미다졸, 2-머캡토벤조티아졸, 2-머캡토벤조옥사졸, 2,5-디머캡토-1,3,4-티아디아졸, 2-머캡토-4,6-디메틸아미노피리딘, 펜타에리스리톨테트라키스(3-머캡토프로피오네이트), 펜타에리스리톨 트리스(3-머캡토프로피오네이트), 펜타에리스리톨 테트라키스(2-머캡토아세테이트), 펜타에리스리톨 트리스(2-머캡토아세테이트), 트리메틸올프로판 트리스(2-머캡토아세테이트), 트리케틸올프로판 트리스(3-머캡토프로피오네이트), 트리메틸올에탄 트리스(2-머캡토아세테이트) 및 트리메틸옥에탄트리스(3-머캡토프로피오네이트)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나 이들로만 한정되는 것은 아니며 당 기술 분야에 널리 알려진 것들을 사용할 수 있다.
상기 열중합억제제로는 p-아니솔, 히드로퀴논, 피로카테콜, t-부틸카테콜, N-니트로소페닐히드록시아민 암모늄염, N-니트로소페닐히드록시아민 알루미늄염 및 페노티아진으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이들로만 한정되는 것은 아니며 당 기술 분야에 알려진 것들을 사용할 수 있다.
기타 가소제, 접착 촉진제, 충전제 및 계면활성제 등도 종래 감광성 수지 제조에 통상적으로 사용되는 모든 종류의 화합물이 본 발명의 목적과 부합되는 범위 내에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물을 포함한 컬럼 스페이서는 당업 기술분야에 널리 알려진 통상적인 컬럼 스페이서 제조방법에 따라 만들 수 있다. 통상적인 컬럼 스페이서 제조방법에는 다양한 변형이 있을 수 있으나, 하기 1 단계 및 2 단계를 포함하는 방법을 예로 들 수 있다.
1 단계 : 본 발명에 따른 감광성 수지 조성물을 기판에 도포한다. 이 때 기판은 금속, 유리, 플라스틱, 실리콘, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 방향족 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 등을 사용할 수 있으며 이들 기판은 목적에 따라 실란 커플링제에 의한 약품 처리, 플라즈마 처리, 이온 플레이팅, 스퍼터링, 기상반응법, 진공 증착 등의 적절한 전처리를 실시할 수 있다. 또한 상기 기판은 선택적으로 구동용박막 트랜지스터가 올려져 있을 수 있으며 질화된 규소막이 스퍼터링되어 있을 수 있다.
상기 조성물을 기판상에 도포하는 방법으로는 당업계에 알려진 롤 코터, 커튼 코터, 스핀 코터, 슬릿 다이 코터, 각종 인쇄, 침적 등의 방법을 사용할 수 있으나 스핀 코터나 슬릿 다이 코터가 특히 바람직하다. 도포된 두께는 특별한 제한이 없으며 통상적인 범위와 동일하다.
2 단계 : 도포된 감광성 수지층에 원하는 패턴을 갖는 포토마스크를 통해 노 광을 진행한 후, 노광된 감광성 수지층을 적당한 현상액으로 현상함으로써 컬럼스페이서가 제조된다.
감광성 수지 조성물을 경화시키기 위한 광원으로는 예컨대 파장이 250내지 450nm의 광을 발산하는 수은 증기 아크, 탄소 아크, 제논 아크 등을 사용할 수 있다.
상기 사용 가능한 알칼리 현상액의 비제한적인 예로는 탄산나트륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 테트라메틸암모늄히드록시시드, 콜린 등의 수용액이 있으며, 상기 현상액에 메탄올, 에탄올 등의 수용성 유기 용매나 계면 활성제 등을 적당량 첨가할 수 있다. 또한 현상 처리법으로는 샤워 현상법, 분무현상법, 딥(침지)현상법, 패들(액담굼)현상법 등을 적용할 수 있다.
본 발명의 감광성 수지 조성물을 이용하는 경우 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display)의 컬럼 스페이서 박막을 광식각법에 의해 제조할 수 있다.
이하 실시예를 들어 발명을 더 상세히 설명한다. 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐 권리범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
실시예
제 1 알칼리 가용성 수지의 제조.
반응용기에 열개시제로서 AIBN 3 중량%를 용매인 디에틸렌글리콜 메틸 에틸 에테르에 녹인 후 산기를 포함하는 모노머로서 메타아크릴산과, 상기 산기를 포함하는 모노머와 공중합이 가능한 모노머로서 벤질(메타)아크릴레이트, 스티렌, N-페닐말레이미드, 메톡시 트리에틸렌글리콜 메타 아크릴 레이트를 각각 30 : 40 : 10 : 10 : 10의 몰비로 투입한 후 질소 분위기에서 60℃를 유지하면서 12시간 반응시켜 분자량 15000~16000의 알칼리 가용성 수지를 얻었다.
제 2 알칼리 가용성 수지의 제조.
반응용기에 열개시제로서 AIBN 3 중량%를 용매인 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트에 녹인 산기를 포함하는 모노머로서 메타아크릴산과, 공중합이 가능한 모노머로서 벤질(메타)아크릴레이트, 스티렌, N-페닐말레이미드, 에톡시디에틸렌글리콜 메타 아크릴레이트 를 각각 30 : 40 : 10 : 10 : 10 의 몰비로 투입한 후 질소 분위기에서 60℃를 유지하면서 12시간 반응시켰다.
제 3 알칼리 가용성 수지의 제조.
반응용기에 열개시제로서 AIBN 3 중량%를 용매인 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트에 녹인 산기를 포함하는 모노머로서 메타아크릴산과, 공중합이 가능한 모노머로서 벤질(메타)아크릴레이트, 스티렌, N-페닐말레이미드, 부톡시트 리에틸렌글리콜 메타 아크릴레이트 를 각각 30 : 40 : 10 : 10 : 10 의 몰비로 투입한 후 질소 분위기에서 60℃를 유지하면서 12시간 반응시켰다.
실시예 1
제 1 알칼리 가용성 수지 14.5중량부, 중합성 화합물 디펜타에리스리톨 헥사아키를리에트 14.5 중량부, 광중합 개시제로 CXE-02 1 중량부, 착색제로 카본 블랙 0.1 중량부, 디에틸렌글리콜 메틸 에틸 에테르 34 중량부, PGMEA 34 중량부를 넣고 3시간 교반시켰다. 이후 2시간 방치하여 층분리가 발생하는지 확인하였고, 층분리가 발생하지 않은 경우 이 감광성 수지 조성물을 5마이크론 크기의 필터를 이용하여 여과하고 유리에 스핀 코팅하여 약 100℃로 1분 30초간 전열 처리하여 뿌옇게 필름이 흐려지는지 관찰하였다. 투명한 상태로 두께가 약 2.5㎛ 되는 균일한 필름이 형성되면 상기 필름을 포토마스크를 이용하여 고압 수은 램프하에서 노광시킨 후 기판을 pH 11.3~11.7의 알칼리 수용액으로 현상하고 탈 이온수로 세척하였다. 이후 220℃ 오븐에서 30분 포스트 베이크하였다.
실시예 2
제 2 알칼리 가용성 수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다.
실시예 3
제 3 알칼리 가용성 수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다.
실시예 4
중합성 화합물을 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다.
실시예 5
중합성 화합물을 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트로 대체한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실험하였다.
실시예 6
중합성 화합물을 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트로 대체한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 실험하였다.
실시예 7
중합성 화합물을 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다.
실시예 8
중합성 화합물을 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트로 대체한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실험하였다.
실시예 9
중합성 화합물을 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트로 대체한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 실험하였다.
비교예 1
알칼리 가용성 수지로서 메타 아크릴산, 벤질메타아크릴레이트, 스티렌, N-페닐말레이미드를 30 : 50 : 10 : 10으로 넣어 제조한 알칼리 가용성 수지를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다.
비교예 2
중합성 화합물로 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실험하였다.
비교예 3
중합성 화합물로 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실험하였다.
비교예 4
알칼리 가용성 수지(분자량 15,000)의 산가를 40 KOH mg/g 로 특정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다.
비교예 5
알칼리 가용성 수지(분자량 15,000)의 산가를 305 KOH mg/g 로 특정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다.
비교예 6
알칼리 가용성 수지(산가 100 KOH mg/g)의 분자량을 980 으로 특정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다.
비교예 7
알칼리 가용성 수지(산가 100 KOH mg/g)의 분자량을 220,000 으로 특정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다.
실험 결과
알칼리 가용성 수지 1,2,3을 사용한 경우 층분리가 발생하지 않았으며, 프리베이크 공정 중에도 투명한 필름을 형성하였다. 하지만 비교예의 경우 층분리 발생 및 프리베이크 공정 중 뿌옇게 흐려지는 현상이 관찰되었다.
알칼리 가용성 수지 1,2,3을 사용한 경우라도 산가 또는 분자량이 특정한 임계치 범위를 벗어나는 경우 불투명화 발생 또는 패턴형성이 양호하지 않은 문제점이 관찰되었다.
실험결과를 하기 표 1에 정리하였다.
층분리 발생 여부 투명의 불투명화 발생 여부 패턴의 형성
실시예 1 × × 양호
실시예 2 × × 양호
실시예 3 × × 양호
실시예 4 × × 양호
실시예 5 × × 양호
실시예 6 × × 양호
실시예 7 × × 양호
실시예 8 × × 양호
실시예 9 × 양호
비교예 1 ○ 층분리로 인해 확인 불가 층분리로 인해 확인 불가
비교예 2 ○ 층분리로 인해 확인 불가 층분리로 인해 확인 불가
비교예 3 ○ 층분리로 인해 확인 불가 층분리로 인해 확인 불가
비교예 4 × ○ (현상후 기판이 뿌옇게 흐려짐) 불투명화 발생으로 패턴형성 측정 불요
비교예 5 × × 패턴의 90% 가량 손실
비교예 6 × × 패턴의 형상이 매우 작으며 패턴의 60% 이상 손실
비교예 7 × ○ (현상후 기판이 뿌옇게 흐려짐) 불투명화 발생으로 패턴형성 측정 불요

Claims (13)

  1. 알칼리 가용성 수지, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하여 중합된 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112008063394232-PAT00004
    (여기서, X는 H, CH3, CH2CH3 또는 CH2CH2CH2CH3 이고, n 은 2 ~ 9 범위 내의 정수이다)
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 산기를 구비한 모노머를 포함하여 중합된 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 산기를 구비한 모노머 및 상 기 산기를 구비한 모노머와 공중합 가능한 모노머의 공중합체를 포함하여 중합된 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지의 산가는 50 내지 300 KOH mg/g 인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 중량 평균 분자량이 1,000 내지 200,000 범위 내인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 전체 조성물에 1 내지 20 중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물은 전체 조성물에 1 내지 20 중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광중합 개시제는 전체 조성물에 1 내지 20 중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 용매는 전체 조성물에 40 내지 95 중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 경화촉진제, 열중합억제제, 가소제, 접착촉진제, 충진제 및 계면 활성제에서 선택되어지는 하나 또는 이들의 2 이상 조합인 첨가제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항의 어느 한 청구항에 있어서, 상기 감광성 수지 조성물의 용도는 컬럼 스페이서 제조용인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항의 어느 한 청구항의 감광성 수지 조성물을 포함하는 컬럼 스페이서.
  13. 제 1 항 내지 제 10항의 어느 한 청구항의 감광성 수지 조성물을 기판에 도포하는 단계;
    상기 도포된 조성물에 포토마스크를 통한 노광을 시키는 단계;
    상기 노광된 조성물을 현상시키는 단계; 및
    상기 현상된 조성물을 탈이온수로 세척하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬럼 스페이서 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022174211A1 (en) * 2021-02-09 2022-08-18 Dupont Electronics, Inc. Photosensitive composition and photoresist dry film made

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