KR20110103601A - 흑색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흑색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
상기 흑색 감광성 수지 조성물은 착색 재료(A), 결합제 수지(B), 광중합성 화합물(C), 광중합 개시제(D) 및 용제(E)를 포함하여 이루어지며, 상기 착색 재료(A)는 흑색 안료(A1)와 유기 안료(A2)를 포함하고, 상기 유기 안료(A2)는 피그먼트 레드 208을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물은 전기 절연성이 우수할 뿐만 아니라 400nm에서부터 750nm까지의 파장 영역까지 균일한 광학 밀도를 가진다. 따라서 본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물을 이용하여 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 형성하면 전기 절연성이 우수하고, 균일한 광학 밀도에 의한 빛샘 방지 특성이 우수하므로, 상기 흑색 감광성 수지 조성물은 컬러 필터 및 액정 표시 장치의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

흑색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 액정 표시 장치{A BLACK PHOTOSENSITIVE RESIN COMPOSITION, COLOR FILTER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 흑색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
컬러 필터는 촬상(撮像) 소자, 액정 표시 장치(LCD) 등에 널리 이용되는 것으로, 그 응용 범위가 급속히 확대되고 있다. 컬러 액정 표시 장치나 촬상 소자 등에 사용되는 컬러 필터는 통상 블랙 매트릭스가 패턴 형상으로 형성된 기판상에 적색, 녹색 및 청색의 각 색에 상당하는 착색 재료를 함유하는 착색 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅에 의해 균일하게 도포한 후, 가열 건조(이하, '예비 소성'이라고 하는 경우도 있음)하여 도막을 형성하고, 형성된 도막은 노광 및 현상하고, 필요에 따라 더 가열 경화(이하, '후 소성'이라고 하는 경우도 있음)하는 조작을 색마다 반복하여 각 색의 화소를 형성함으로써 제조되고 있다. 여기서 패턴 형상으로 형성되는 블랙 매트릭스는 통상 흑색 감광성 수지 조성물로 형성하게 된다.
최근에는 블랙 매트릭스를 통해 TFT-에레이(array)층과 컬러 필터층을 지지할 수 있는 컬럼 스페이서의 역할도 함께 할 수 있는 블랙 컬럼 스페이서의 도입이 시도되고 있는데, 이 경우 보통의 블랙 매트릭스에서 요구되는 고른 광학 밀도(Optical density: OD) 뿐만 아니라 우수한 전기 절연성(통상 액정구동의 문제로 비유전율 5.0 이하로 관리함)도 함께 요구된다.
블랙 컬럼 스페이서의 제조 시 통상의 블랙 매트릭스의 제조에서와 같이 착색 재료로 카본 블랙만을 이용하게 되면, OD는 만족 시키지만 전기 절연성이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 대한민국 공개특허 2007-0094460와 2009-0056735 등에서는 카본블랙과 유기 안료를 병용하여 전기 절연성을 높이고자 하는 기술을 제시한 바 있다. 하지만 종래 알려진 기술들은 유기 안료의 종류 및 함량비율의 문제로 인해 파장 550nm에서의 OD는 우수하나, 700nm 이상에서의 OD가 현저히 떨어져 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서 패턴 형성 시 붉은색의 빛샘 현상이 발생되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 전기 절연성이 우수할 뿐만 아니라 400nm에서 750nm 영역에서 고른 광학 밀도(OD)를 갖는 흑색 감광성 수지 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 흑색 감광성 수지 조성물을 이용하여 형성된 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 포함하는 컬러 필터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 컬러 필터를 구비한 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 착색 재료(A), 결합제 수지(B), 광중합성 화합물(C), 광중합 개시제(D) 및 용제(E)를 포함하여 이루어지며, 상기 착색 재료(A)는 흑색 안료(A1)와 유기 안료(A2)를 포함하고, 상기 유기 안료(A2)는 피그먼트 레드 208을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 흑색 안료(A)는 카본 블랙일 수 있다.
상기 흑색 안료(A1)는 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 5 내지 10질량부 함유되고, 상기 유기 안료(A2)는 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 90 내지 95질량부 함유되는 것이 바람직하다
상기 피그먼트 레드 208은 상기 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 15 내지 40질량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 유기 안료(A2)는 피그먼트 블루 15:6 및 피그먼트 옐로우 139를 더 포함 할 수 있다.
상기 유기 안료(A2)는 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 피그먼트 블루 15:6 40내지 55질량부, 피그먼트 엘로우 139 10 내지 30질량부 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판 상부에 본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물을 도포하고 소정의 패턴으로 노광 및 현상하여 형성되는 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터를 제공한다.
상기 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서는 400nm에서 750nm까지의 광학 밀도가 평균 4.0이상이고, 각 파장별로는 최소 3.0 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기 컬러 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물은 전기 절연성이 우수할 뿐만 아니라 400nm에서부터 750nm까지의 파장 영역까지 균일한 광학 밀도를 가진다. 따라서 본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물을 이용하여 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 형성하면 전기 절연성이 우수하고, 균일한 광학 밀도에 의한 빛샘 방지 특성이 우수하므로, 상기 흑색 감광성 수지 조성물은 컬러 필터 및 액정 표시 장치의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물은 착색 재료(A), 결합제 수지(B), 광중합성 화합물(C), 광중합 개시제(D) 및 용제(E)를 포함하여 이루어진다. 또한 특별히 제한되지는 않으나, 상기 흑색 감광성 수지 조성물은 선택적으로 첨가제(F)를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물에 포함되는 각 성분에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
착색 재료(A)
상기 착색 재료(A)는 흑색 안료와(A1)와 유기 안료(A2)를 포함한다.
상기 흑색 안료(A1)는 카본 블랙일 수 있으며, 상기 카본 블랙은 차광성이 있는 것이라면 특별히 제한 없이 공지된 카본 블랙을 사용할 수 있다.
상기 카본 블랙은 구체적으로 채널 블랙(channel black), 퍼니스 블랙(furnace black), 서멀 블랙(thermal black), 램프 블랙(lamp black) 등을 예시할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 카본 블랙은 수지가 피복된 것일 수도 있다. 상기 수지가 피복된 카본 블랙은 수지가 피복되어 있지 않은 카본 블랙에 비해 도전성이 낮기 때문에 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서 형성 시에 우수한 전기 절연성을 부여 할 수 있다.
상기 유기 안료(A2)는 색지수(The society of Dyers and Colourists 출판)에서 피그먼트로 분류되어 있는 화합물인 피그먼트 레드 208을 포함한다. 상기 피그먼트 레드 208이 포함되는 경우 단파장 흡수특성으로 인하여 매우 우수한 전기 절연성과 고른 광학 밀도를 얻을 수 있다.
이때, 상기 피그먼트 레드 208은 착색재료 중의 고형분 100질량부에 대하여 15 내지 40질량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 피그먼트 레드 208의 함량이 상기의 기준으로 15질량부 미만일 경우 500nm 파장에서의 OD가 3.0미만이 되어 빛샘 현상이 발생할 수 있다는 문제점이 있고, 40질량부를 초과할 경우 750nm 파장에서의 OD값이 3.0미만이 되어 빛샘 현상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
상기 유기 안료(A2)는 상기 피그먼트 레드 208 이외에 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 안료를 더 포함할 수 있다.
상기 피그먼트 레드 208 이외의 안료로는 인쇄 잉크, 잉크젯 잉크 등에 사용되는 각종의 안료를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 수용성 아조 안료, 불용성 아조 안료, 프타로시아닌 안료, 퀴나크리돈 안료, 이소인돌리논 안료, 이소인돌린 안료, 페리렌 안료, 페리논 안료, 디옥사진 안료, 안트라퀴논 안료, 디안트라퀴노닐 안료, 안트라피리미딘 안료, 안탄트론(anthanthrone) 안료, 인단트론(indanthrone) 안료, 프라반트론 안료, 피란트론(pyranthrone) 안료, 디케토피로로피롤 안료 등을 들 수 있다.
특히, 상기 피그먼트 레드 208 이외의 유기 안료는 구체적으로 색지수(The society of Dyers and Colourists 출판)에서 피그먼트로 분류되어 있는 화합물을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 이하와 같은 색지수(C.I.) 번호의 안료를 들 수 있지만, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다.
C.I. 피그먼트 옐로우 20, 24, 31, 53, 83, 86, 93, 94, 109, 110, 117, 125, 137, 138, 139, 147, 148, 150, 153, 154, 166, 173, 180 및 185
C.I. 피그먼트 오렌지 13, 31, 36, 38, 40, 42, 43, 51, 55, 59, 61, 64, 65, 및 71
C.I. 피그먼트 레드 9, 97, 105, 122, 123, 144, 149, 166, 168, 176, 177, 180, 192, 215, 216, 224, 242, 254, 255 및 264
C.I. 피그먼트 바이올렛 14, 19, 23, 29, 32, 33, 36, 37 및 38
C.I. 피그먼트 블루 15(15:3, 15:4, 15:6등), 21, 28, 60, 64 및 76
C.I. 피그먼트 그린 7, 10, 15, 25, 36, 47 및 58
C.I 피그먼트 브라운 28
C.I 피그먼트 블랙 1 및 7 등
상기 피그먼트 레드 208 이외의 유기 안료는 각각 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
보다 우수한 전기 절연성과 고른 광학 밀도를 확보하기 위하여 상기 피그먼트 레드 208 이외의 유기 안료로는 피그먼트 블루 15:6 및 피그먼트 옐로우 139를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 피그먼트 블루 15:6은 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 40내지 55질량부 포함되는 것이 바람직하며, 상기 피그먼트 엘로우 139는 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 10 내지 30질량부 포함되는 것이 좋다. 상기 피그먼트 블루 15:6 및 피그먼트 옐로우 139 각각의 성분들이 상기의 기준으로 상기의 범위 내에 포함될 경우 우수한 전기 절연성과 고른 광학 밀도를 얻을 수 있다.
상기 착색 재료(A)는 흑색 감광성 수지 조성물 100질량부에 대하여 5 내지 15질량부 함유될 수 있다. 상기 착색 재료의 함량이 상기의 기준으로 5질량부 보다 적으면, 광학 밀도가 충분하지 않고, 15질량부 보다 많으면 광학 밀도는 충분하지만 패턴 형성이 어려울 수 가 있다.
이때, 상기 흑색 안료(A1)는 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 5 내지 10질량부 함유되고, 상기 유기 안료(A2)는 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 90 내지 95질량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 흑색 안료(A1)의 함량이 상기의 기준으로 5질량부 미만일 경우 평균 4.0이상의 OD 값을 얻을 수 없는 문제점이 있으며, 10질량부를 초과할 경우 OD값은 충분하나 비유전율이 너무 높아져 액정 표시 장치의 구동에 문제가 발생한다.
결합제 수지(B)
상기 결합제 수지(B)는 제한이 없으며, 바람직하게 상기 결합제 수지(B)는 불포화 카르복실기를 갖는 화합물 및 이와 공중합 가능한 다른 단량체의 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 불포화 카르복실기를 갖는 화합물은 중합이 가능한 불포화 이중 결합을 갖는 카르복실산 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 불포화 카르복실기를 갖는 화합물은 구체적으로 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산 등의 모노카르복실산류; 푸마르산, 메사콘산, 이타콘산 등의 디카르복실산류; 상기 디카르복실산의 무수물; 및 ω-카르복시폴리카프로락톤모노(메타)아크릴레이트 등의 양 말단에 카르복실기와 수산기를 갖는 폴리머의 모노(메타)아크릴레이트 류, 모노메틸말레인산, 에소프렌술폰산, 스티렌술폰산, 5-노보넨-2-카르복실산, 모노-2-((메타)아크릴로일옥시)에틸프탈레이트, 모노-2-((메타)아크릴로일옥시)에틸숙시네이트 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 상기 예시한 불포화 카르복실기를 갖는 화합물들은 각각 단독으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 불포화 카르복실기를 갖는 화합물 중에서 아크릴산, 메타크릴산이 공중합반응성 및 현상액에 대한 용해성이 우수하여 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 카르복실기를 갖는 단량체와 공중합이 가능한 다른 단량체는 탄소-탄소 불포화 결합을 갖는 단량체라면 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 카르복실기를 갖는 단량체와 공중합이 가능한 다른 단량체는 구체적으로 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔 등의 방향족 비닐 화합물; 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실레이트 화합물; 아미노에틸아크릴레이트 등의 불포화 아미노알킬카르복실레이트 화합물; 글리시딜메타크릴레이트 등의 불포화 글리시딜카르복실레이트 화합물; 비닐아세테이트, 비닐프로피오네이트 등의 비닐카르복실레이트 화합물; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴 등의 비닐시아나이드 화합물; 3-메틸-3-아크릴옥시메틸옥세탄, 3-메틸-3-메타크릴옥시메틸옥세탄, 3-에틸-3-아크릴옥시메틸옥세탄, 3-에틸-3-메타크릴옥시메틸옥세탄, 3-메틸-3-아크릴옥시에틸옥세탄, 3-메틸-3-메타크릴옥시에틸옥세탄, 3-메틸-3-아크릴옥시에틸옥세탄, 3-메틸-3-메타크릴옥시에틸옥세탄 등의 불포화 옥세탄카르복실레이트 화합물 등을 들 수 있다. 상기 예시한 불포화 카르복실기를 갖는 화합물들과 공중합이 가능한 다른 단량체는 각각 단독으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 결합제 수지는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 카도계 수지를 사용 할 수 있다.
바람직하게 상기 카도계 수지는 비스(4-히드록시페닐)설폰, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)설폰 및 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)설폰, 비스(4-히드록시페닐)헥사플루오로프로판, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)헥사플루오로프로판 및 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)헥사플루오로프로판, 비스(4-히드록시페닐)디메틸실란, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)디메틸실란 및 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)디메틸실란, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페틸)메탄 및 비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)메탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)프로판 및 2,2-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)에테르, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)에테르 및 비스(4-히드록시-3,5-디클로페닐)에테르, 9,9-비스(4-히드록시페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-브로모페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-플루오로페닐)플루오렌,9,9-비스(4-히드록시-3-메톡시페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)플루오렌 및 9,9-비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)플루오렌 등으로부터 얻어진 것일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 결합제 수지(B)는 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 100질량부에 대하여 5 내지 50질량부, 바람직하게는 10 내지 40질량부로 포함될 수 있다. 상기 결합제 수지(B)가 상기의 기준으로 상기 함량 범위내이면 패턴의 형성이 가능하고, 해상도 및 잔막률이 향상된다.
광중합성 화합물(C)
상기 광중합성 화합물(C)은 광 및 후술하는 광중합 개시제의 작용으로 중합할 수 있는 화합물로서 제한이 없으며, 바람직하게 상기 광중합성 화합물(C)은 단관능 단량체, 2관능 단량체, 그 밖의 다관능 단량체 등을 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 단관능 단량체의 구체적인 예로는 노닐페닐카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-에틸헥실카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, N-비닐피롤리돈 등을 들 수 있다.
상기 2관능 단량체의 구체적인 예로는 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A의 비스(아크릴로일옥시에틸)에테르, 3-메틸펜탄디올디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
그 밖의 다관능 단량체의 구체적인 예로는 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
이들 중에서 2관능 이상의 다관능 단량체가 바람직하게 사용된다.
상기 광중합성 화합물(C)은 고형분을 기준으로 결합제 수지(B) 및 광중합성 화합물(C)의 합계 100질량부에 대하여 1 내지 60질량부, 바람직하게는 5 내지 50질량부의 범위에서 사용될 수 있다. 상기 광중합성 화합물(C)이 상기의 기준으로 1 내지 60질량부의 범위이면 패턴 특성 양호하게 형성되기 때문에 바람직하다.
광중합 개시제(D)
상기 광중합 개시제(D)는 제한되지 않으며, 바람직하게는 트리아진계 화합물, 아세토페논계 화합물, 비이미다졸계 화합물 및 옥심 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 트리아진계 화합물로서는, 예를 들면 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-(4-메톡시페닐)-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-(4-메톡시나프틸)-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-피페로닐-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-(4-메톡시스티릴)-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(5-메틸퓨란-2-일)에테닐]-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(퓨란-2-일)에테닐]-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(4-디에틸아미노-2-메틸페닐)에테닐]-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(3,4-디메톡시페닐)에테닐]-1,3,5-트리아진 등을 들 수 있다.
상기 아세토페논계 화합물로서는, 예를 들면 디에톡시아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 벤질디메틸케탈, 2-히드록시-1-[4-(2-히드록시에톡시)페닐]-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-메틸-1-(4-메틸티오페닐)-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온, 2-히드록시-2-메틸-1-[4-(1-메틸비닐)페닐]프로판-1-온의 올리고머 등을 들 수 있다.
또한 상기 아세토페논계 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
<화학식 1>
Figure pat00001
상기 화학식 1에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 수산기, 탄소수 1 내지 12의 알킬기에 의해 치환될 수도 있는 페닐기, 탄소수 1 내지 12의 알킬기에 의해 치환될 수도 있는 벤질기 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬기에 의해 치환될 수도 있는 나프틸기를 나타낸다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 2-메틸-2-아미노(4-모르폴리노페닐)에탄-1-온, 2-에틸-2-아미노(4-모르폴리노페닐)에탄-1-온, 2-프로필-2-아미노(4-모르폴리노페닐)에탄-1-온, 2-부틸-2-아미노(4-모르폴리노페닐)에탄-1-온, 2-메틸-2-아미노(4-모르폴리노페닐)프로판-1-온, 2-메틸-2-아미노(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온, 2-에틸-2-아미노(4-모르폴리노페닐)프로판-1-온, 2-에틸-2-아미노(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온, 2-메틸-2-메틸아미노(4-모르폴리노페닐)프로판-1-온, 2-메틸-2-디메틸아미노(4-모르폴리노페닐)프로판-1-온, 2-메틸-2-디에틸아미노(4-모르폴리노페닐)프로판-1-온 등을 들 수 있다.
상기 비이미다졸 화합물로서는, 예를 들면 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐비이미다졸, 2,2'-비스(2,3-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐비이미다졸, 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라(알콕시페닐)비이미다졸, 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라(트리알콕시페닐)비이미다졸, 4,4',5,5' 위치의 페닐기가 카르보알콕시기에 의해 치환되어 있는 이미다졸 화합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서 2,2'비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐비이미다졸, 2,2'-비스(2,3-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐비이미다졸이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기의 옥심 화합물로서는, 예를 들면 하기의 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물 등을 들 수 있다.
<화학식 2>
Figure pat00002
<화학식 3>
Figure pat00003
<화학식 4>
Figure pat00004

또한, 상술한 광중합 개시제 이외에 본 발명의 효과를 손상하지 않는 정도이면 이 분야에서 통상 사용되고 있는 그 밖의 광중합 개시제 등을 추가로 병용할 수도 있다. 그 밖의 광중합 개시제로서는, 예를 들면 벤조인계 화합물, 벤조페논계 화합물, 티오크산톤계 화합물, 안트라센계 화합물, 다관능티올화합물 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 벤조인계 화합물로서는, 예를 들면, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르 등을 들 수 있다.
상기 벤조페논계 화합물로서는, 예를 들면 벤조페논, 0-벤조일벤조산메틸, 4-페닐벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐술피드, 3,3',4,4'-테트라(tert-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 2,4,6-트리메틸벤조페논 등을 들 수 있다.
상기 티오크산톤계 화합물로서는, 예를 들면 2-이소프로필티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디클로로티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등을 들 수 있다.
상기 안트라센계 화합물로서는, 예를 들면 9,10-디메톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디메톡시안트라센, 9,10-디에톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디에톡시안트라센 등을 들 수 있다.
상기 다관능티올화합물로서는, 예를 들면, 트리스-(3-머캅토프로피온일옥시)-에틸-이소시아눌레이트, 트리메틸올프로판트리스-3-머캅토프로피오네이트, 펜타에리트리톨테트라키스-3-머캅토프로피오네이트, 디펜타에리트리톨테트라키스-3-머캅토프로피오네이트 등을 들 수 있다.
그 밖에 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥시드, 10-부틸-2-클로로아크리돈, 2-에틸안트라퀴논, 벤질, 9,10-페난트렌퀴논, 캄포퀴논, 페닐클리옥실산 메틸, 티타노센 화합물 등을 그 밖의 광중합 개시제로서 들 수 있다.
상기 광중합 개시제(D)는 광중합 개시 보조제(D-1)를 조합하여 사용할 수도 있다. 상기 광중합 개시제(D)에 광중합 개시 보조제(D-1)를 병용하면, 이들을 함유하는 흑색 감광성 수지 조성물은 더욱 고감도가 되어 이를 사용하여 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 형성할 때 생산성이 향상되므로 바람직하다.
상기 광중합 개시 보조제(D-1)로서는 아민 화합물 및 카르복실산 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 광중합 개시 보조제(D-1) 중 아민 화합물의 구체적인 예로서는 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 트리이소프로판올아민 등의 지방족 아민 화합물, 4-디메틸아미노벤조산메틸, 4-디메틸아미노벤조산에틸, 4-디메틸아미노벤조산이소아밀, 4-디메틸아미노벤조산2-에틸헥실, 벤조산2-디메틸아미노에틸, N,N-디메틸파라톨루이딘, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논(통칭: 미힐러 케톤), 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논 등의 방향족 아민 화합물을 들 수 있다. 상기 아민 화합물로서는 방향족 아민 화합물이 바람직하게 사용된다.
상기 광중합 개시 보조제(D-1) 중 카르복실산 화합물의 구체예로서는 페닐티오아세트산, 메틸페닐티오아세트산, 에틸페닐티오아세트산, 메틸에틸페닐티오아세트산, 디메틸페닐티오아세트산, 메톡시페닐티오아세트산, 디메톡시페닐티오아세트산, 클로로페닐티오아세트산, 디클로로페닐티오아세트산, N-페닐글리신, 페녹시아세트산, 나프틸티오아세트산, N-나프틸글리신, 나프톡시아세트산 등의 방향족 헤테로아세트산류를 들 수 있다.
상기 광중합 개시제(D)의 함량은 고형분을 기준으로 결합제 수지(B) 및 광중합성 화합물(C)의 합계 100질량부에 대하여 0.1 내지 40질량부, 바람직하게는 1 내지 30질량부이다. 또한, 상기 광중합 개시 보조제(D-1)의 함량은 고형분을 기준으로 결합제 수지(B) 및 광중합성 화합물(C)의 합계 100질량부에 대하여 0.1 내지 50질량부, 바람직하게는 1 내지 40질량부다. 상기 광중합 개시제(D)의 함량이 상기의 기준으로 상기의 범위에 있으면 흑색 감광성 수지 조성물이 고감도화되어 이 조성물을 사용하여 형성한 화소부의 강도나, 이 화소부의 표면에서의 평활성이 양호하게 되기 때문에 바람직하다. 또한, 광중합 개시 보조제(D-1)의 사용량이 상기의 기준으로 상기의 범위에 있으면 흑색 감광성 수지 조성물의 감도가 더 높아지고, 이 조성물을 사용하여 형성되는 컬러 필터의 생산성이 향상되기 때문에 바람직하다.
용제(E)
상기 용제(E)는 특별히 제한되지 않으며, 당해 분야에서 통상적으로 사용되고 있는 각종 유기 용제를 사용할 수 있다.
상기 용제(E)의 구체적인 예로는, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸 에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르류, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 디에틸렌글리콜디알킬에테르류, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에틸렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노프로필에테르아세테이트 등의 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 메톡시부틸아세테이트, 메톡시펜틸아세테이트 등의 알콕시알킬아세테이트류, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소류, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥사놀, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 알코올류, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸 등의 에스테르류, γ-부티롤락톤 등의 환상 에스테르류 등을 들 수 있다.
상기 용제(E)는 도포성, 건조성면에서 상기 예시한 용제 중에서 비점이 100℃ 내지 200℃인 유기 용제가 바람직하게 사용될 수 있고, 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 케톤류, 3-에톡시프로피온산에틸이나 3-메톡시프로피온산메틸 등의 에스테르류가 보다 바람직하게 사용될 수 있으며, 특히 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 시클로헥사논, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸 등이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
이들 용제(E)는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용제(E)의 함량은 그것을 포함하는 흑색 감광성 수지 조성물 100질량부에 대하여 60 내지 90질량부, 바람직하게는 70 내지 85질량부이다. 상기 용제(E)의 함량이 상기의 기준으로 60 내지 90질량부의 범위이면 롤 코터, 스핀 코터, 슬릿 앤드 스핀 코터, 슬릿 코터('다이 코터'라고도 하는 경우가 있음), 잉크젯 등의 도포 장치로 도포했을 때 도포성이 양호해지기 때문에 바람직하다.
첨가제(F)
상기 첨가제(F)는 필요에 따라 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 선택적으로 첨가될 수 있는 것으로서, 구체적으로 충진제, 다른 고분자 화합물, 경화제, 안료 분산제, 밀착 촉진제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 응집 방지제 등을 예시할 수 있다. 상기 충진제는 구체적으로 유리, 실리카, 알루미나 등을 들 수 있다.
상기 다른 고분자 화합물은 구체적으로 에폭시 수지, 말레이미드 수지 등의 경화성 수지, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌글리콜모노알킬에테르, 폴리플루오로알킬아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등의 열가소성 수지 등을 들 수 있다.
상기 경화제는 심부 경화 및 기계적 강도를 높이기 위해 사용될 수 있으며, 상기 경화제로는 구체적으로 에폭시 화합물, 다관능 이소시아네이트 화합물, 멜라민 화합물, 옥세탄 화합물 등을 들 수 있다.
상기 경화제에서 에폭시 화합물의 구체적인 예로서는, 비스페놀 A계 에폭시 수지, 수소화 비스페놀 A계 에폭시 수지, 비스페놀 F계 에폭시 수지, 수소화 비스페놀 F계 에폭시 수지, 노블락형 에폭시 수지, 기타 방향족계 에폭시 수지, 지환족계 에폭시 수지, 글리시딜에스테르계 수지, 글리시딜아민계 수지, 또는 이러한　에폭시 수지의 브롬화 유도체, 에폭시 수지 및 그 브롬화 유도체 이외의 지방족, 지환족 또는 방향족 에폭시 화합물, 부타디엔 (공)중합체 에폭시화물, 이소프렌 (공)중합체 에폭시화물, 글리시딜(메타)아크릴레이트 (공)중합체, 트리글리시딜이소시아눌레이트 등을 들 수 있다.
상기 경화제에서 옥세탄 화합물의 구체적인 예로서는 카르보네이트비스옥세탄, 크실렌비스옥세탄, 아디페이트비스옥세탄, 테레프탈레이트비스옥세탄, 시클로헥산 디카르복실산비스옥세탄 등을 들 수 있다.
상기 경화제는 경화제와 함께 에폭시 화합물의 에폭시기, 옥세탄 화합물의 옥세탄 골격을 개환 중합하게 할 수 있는 경화 보조 화합물을 병용할 수 있다. 상기 경화 보조 화합물로서는 예를 들면, 다가 카르본산류, 다가 카르본산 무수물류, 산 발생제 등을 들 수 있다.
상기 카르본산 무수물류는 에폭시 수지 경화제로서 시판되는 것을 이용할 수 있다. 시판되는 상기 에폭시 수지 경화제로서는 예를 들면, 상품명(아데카하도나 EH-700)(아데카공업㈜ 제조), 상품명(리카싯도 HH)(신일본이화㈜ 제조), 상품명(MH-700)(신일본이화㈜ 제조) 등을 들 수 있다.
상기에서 예시한 경화제 및 경화 보조 화합물은 각각 단독으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 안료 분산제는 계면 활성제를 이용할 수 있고, 상기 계면 활성제로서는 예를 들면 실리콘계, 불소계, 에스테르계, 양이온계, 음이온계, 비이온계, 양성 등의 계면 활성제 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다.
상기의 계면 활성제로서는 구체적으로 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르류, 폴리에틸렌글리콜디에스테르류, 소르비탄지방산에스테르류, 지방산변성폴리에스테르류, 3급아민변성폴리우레탄류, 폴리에틸렌이민류 등을 들 수 있으며, 이외에 상품명으로 KP(신에쯔 가가꾸 고교㈜ 제조), 폴리플로우(POLYFLOW)(교에이샤 가가꾸㈜ 제조), 에프톱(EFTOP)(토켐 프로덕츠사 제조), 메가팩(MEGAFAC)(다이닛본 잉크 가가꾸 고교㈜ 제조), 플로라드(Flourad)(스미또모 쓰리엠㈜ 제조), 아사히가드(Asahi guard), 서플론(Surflon)(이상, 아사히 글라스㈜ 제조), 솔스퍼스(SOLSPERSE)(Lubrisol사 제조), EFKA(EFKA 케미칼스사 제조), PB 821(아지노모또㈜ 제조), Disperbyk-series(BYK-chemi사 제조) 등을 들 수 있다.
상기 밀착 촉진제는 구체적으로 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다. 상기 밀착 촉진제는 각각 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
상기 산화 방지제는 구체적으로 2,2'-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀 등 힌더드페놀계를 들 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 구체적으로 2-(3-tert-부틸-2-히드록시-5-메틸페닐)-5-클로로벤조티리아졸, 알콕시벤조페논 등을 들 수 있다.
상기 응집 방지제는 구체적으로 폴리아크릴산 나트륨 등을 들 수 있다.
본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물은, 예를 들면 이하와 같은 방법에 의해 제조할 수 있다.
착색 재료(A)를 미리 용제(E)와 혼합하여 착색 재료의 평균 입경이 0.2㎛ 이하 정도가 될 때까지 비드 밀 등을 이용하여 분산시킨다. 이때, 필요에 따라 안료 분산제가 사용되고, 또한 결합제 수지(B)의 일부 또는 전부가 배합되는 경우도 있다. 얻어진 분산체(이하, '밀베이스'라고 하는 경우도 있음)에 결합제 수지(B)의 나머지, 광중합성 화합물(C) 및 광중합 개시제(D)와, 필요에 따라 첨가제(F)를 첨가한 후, 필요에 따라 추가의 용제를 소정의 농도가 되도록 더 첨가하면 목적하는 흑색 감광성 수지 조성물을 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 컬러 필터를 설명한다.
본 발명에 따른 컬러 필터는 기판 상부에 전술한 본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물을 도포하고 소정의 패턴으로 노광 및 현상하여 얻어지는 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 포함한다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물을 이용하여 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서의 패턴을 형성하는 방법은, 전술한 흑색 감광성 수지 조성물을 기판상에 도포하는 단계, 상기 흑색 감광성 수지 조성물의 일부 영역을 선택적으로 노광하는 단계 및 상기 흑색 감광성 수지 조성물의 노광 영역 또는 비노광 영역을 제거하는 현상 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 도포단계는 본 발명의 흑색 감광성 조성물을 기판 위에 도포하여 예비 건조함으로써 용제 등의 휘발 성분을 제거하여 평활한 도막을 얻는 것이다. 이 때의 도막의 두께는 대개 0.5 내지 5㎛ 정도이다.
상기 기판은 유리판, 실리콘 웨이퍼 및 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 등의 플라스틱 기재의 판 등일 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 노광단계는 상기에서 얻어진 도막에 목적하는 패턴을 얻기 위해 마스크를 통해 특정 영역에 자외선을 조사하는 것이다. 이때, 노광부 전체에 균일하게 평행 광선이 조사되고, 마스크와 기판이 정확히 위치가 맞도록 마스크 얼라이너나 스테퍼 등의 장치를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 현상 단계는 상기에서 경화가 종료된 도막을 현상액인 알칼리 수용액에 접촉시켜 비노광 영역을 용해시키고 현상함으로써 목적하는 패턴을 제조하는 것이다. 현상 후, 필요에 따라 150 내지 230℃에서 10 내지 60분 정도의 후 건조를 실시할 수 있다.
상기 현상 단계에서 사용하는 현상액은 통상 알칼리성 화합물과 계면 활성제를 포함하는 수용액이다.
상기 현상액 중의 알칼리성 화합물은 무기 및 유기 알칼리성 화합물 중 어느 것이어도 좋다. 상기 무기 알칼리성 화합물의 구체적인 예로서는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 인산수소이나트륨, 인산이수소나트륨, 인산수소이암모늄, 인산이수소암모늄, 인산이수소칼륨, 규산나트륨, 규산칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 붕산나트륨, 붕산칼륨, 암모니아 등을 들 수 있다. 또한, 상기 유기 알칼리성 화합물의 구체적인 예로서는 테트라메틸암모늄히드록시드, 2-히드록시에틸트리메틸암모늄히드록시드, 모노메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 모노이소프로필아민, 디이소프로필아민, 에탄올아민 등을 들 수 있다. 이들 무기 및 유기 알칼리성 화합물은 각각 단독으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 현상액 중의 알칼리성 화합물의 바람직한 농도는 0.01 내지 10질량%의 범위이고, 보다 바람직하게는 0.03 내지 5질량%이다.
상기 현상액 중의 계면 활성제는 비 이온계 계면 활성제, 음 이온계 계면 활성제 또는 양 이온계 계면 활성제 중 모두 사용할 수 있다. 상기 비 이온계 계면 활성제의 구체적인 예로서는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌아릴에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르, 그 밖의 폴리옥시에틸렌 유도체, 옥시에틸렌/옥시프로필렌 블록 공중합체, 소르비탄지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄지방산에스테르, 글리세린지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민 등을 들 수 있다. 상기 음이온계 계면 활성제의 구체예로서는 라우릴알코올황산에스테르나트륨이나 올레일알코올황산에스테르나트륨 등의 고급알코올황산에스테르염류, 라우릴황산나트륨이나 라우릴황산암모늄 등의 알킬황산염류, 도데실벤젠술폰산나트륨이나 도데실나프탈렌술폰산나트륨 등의 알킬아릴술폰산염류 등을 들 수 있다. 상기 양 이온계 계면 활성제의 구체예로서는 스테아릴아민염산염이나 라우릴트리메틸암모늄클로라이드 등의 아민염 또는 4급 암모늄염 등을 들 수 있다. 상기 계면 활성제는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 현상액 중의 계면 활성제의 함량은, 통상 알칼리 현상액 100질량부에 대하여 0.01 내지 10질량부, 바람직하게는 0.05 내지 8질량부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5질량부이다.
상기한 과정을 통하여 기판 상에 소정의 패턴 형상을 갖는 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서가 얻어진다. 상기 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 제외한 컬러 필터의 구성 및 그 제조방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 그에 의하고 자세한 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 하여 제조되는 본 발명에 따른 컬러 필터의 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서는 400nm에서 750nm까지의 광학 밀도(Optical density 이하 OD)가 평균 4.0이하이고, 각 파장별로는 최소 3.0 이상인 우수한 특성을 나타낸다. 따라서 본 발명에 따른 컬러 필터의 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서의 각 파장별 OD 값이 최소 3.0 이상이므로 OD 값이 3.0 미만일 때 나타나는 빛샘 현상이 방지되게 된다.
본 발명은 전술한 컬러 필터를 구비한 액정 표시 장치도 권리에 포함하고 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는 전술한 컬러 필터를 구비한 것을 제외하고는 본 기술분야에서 알려진 구성을 포함한다. 즉, 본 발명의 컬러 필터를 적용할 수 있는 액정 표시 장치는 모두 본 발명에 포함된다. 일례로, 박막트랜지스터(TFT소자), 화소전극 및 배향층을 구비한 대향 전극 기판을 소정의 간격으로 마주 향하게 하고, 이 간극부에 액정 재료를 주입하여 액정층으로 한 투과형의 액정 표시 장치를 들 수 있다. 또한, 컬러 필터의 기판과 착색층 사이에 반사층을 설치한 반사형의 액정 표시 장치도 있다.
또 다른 일례로, 컬러 필터의 투명 전극 위에 합쳐진 TFT(박막 트랜지스터: Thin Film Transistor) 기판 및, TFT 기판이 컬러 필터와 중첩하는 위치에 고정된 백라이트를 포함한 액정 표시 장치를 들 수 있다. 상기 TFT 기판은 컬러 필터의 주변 표면을 둘러싸는 광방지 수지(light-proof resin)로 이루어진 외부 프레임, 외부 프레임 내에 부과된 네마틱 액정으로 이루어진 액정층, 액정층의 각 영역마다 제공된 다수의 화소 전극, 화소 전극이 형성된 투명 유리 기판, 및 투명 유리 기판의 노출된 표면 위에 형성된 편광판을 구비할 수 있다. 상기 편광판은 수직으로 가로지르는 편광 방향을 가지며, 폴리비닐알코올과 같은 유기 재료로 구성되어 있다. 다수의 화소 전극은 각각 TFT 기판의 유리 기판 위에 형성된 복수의 박막 트랜지스터와 연결되어 있다. 만일 특정의 화소 전극에 소정의 전위차가 적용되면, 소정의 전압이 특정 화소 전극과 투명 전극사이에 적용된다. 따라서, 전압에 따라 형성된 전기장이 액정층의 특정 화소 전극에 해당하는 영역의 배향을 변화시킨다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 질량 기준이다.
<흑색 안료 분산체 제조예 1 내지 7>
하기 표 1 에 기재된 각 성분 중, 미리 착색 재료(A), 분산조제(F1), 분산제(F2), 용제(E1), 용제(E2)중 20질량부를 용기에 혼입 후 고속 교반기 (신원산업기계 제조, 0.5Hp High speed mixer)를 통해 선속도 5m/s로 2시간 동안 교반 한 후 다시 용제(E2) 중 40질량부를 추가로 혼합하여, 횡형식 비드밀(Dyno사 제조, ECM-Lab)에 0.3mm 지르코니아 비드를 사용하여 선속도 8m/s, 유량 2kg/min의 속도로 하여 3시간 동안 분산을 진행하고, 분산이 종료 된 후 용제(E2)의 잔량인 19.1질량부를 더하여 흑색 안료 분산체를 제조하였다.
안료 분산체 제조예1 제조예2 제조예3 제조예4 제조예5 제조예6 제조예7 제조예8 제조예9 제조예10 제조예11
착색 재료(A) PBK 0.68 1.36 1.36 1.36 1.09 1.36 0.68 2.04 0.68 0.68 0
PR208 3.67 3.27 4.08 2.45 5.17 0.68 6.8 3.09 0 0 3.63
PR254 0 0 0 0 0 0 0 0 3.67 0 0
PR177 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3.67 0
PY139 2.86 2.85 2.04 3.54 1.63 4.08 1.36 2.69 2.86 2.86 3.17
PB15:6 6.39 6.12 6.12 6.26 5.71 7.48 4.76 5.78 6.39 6.39 6.8
안료분산제(F1) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
안료분산제(F2) 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
용제(E1) 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
용제(E2) 79.1 79.1 79.1 79.1 79.1 79.1 79.1 79.1 79.1 79.1 79.1
착색 재료(A)
- PBK : Carbon Black (MA-8, 미쯔비시사 제조)
- PR208 : 피그먼트 레드 208(Graphtol Red HF2B, Clariant사 제조)
- PR254 : 피그먼트 레드 254(BT-CF, Ciba사 제조)
- PR177 : 피그먼트 레드 177(ATY-TR. DIC사 제조)
- PY139 : 피그먼트 엘로우 139(2YK-CF, Ciba사 제조)
- PY15:6 : 피그먼트 블루 15:6(EP-193, DIC사 제조
분산제(F1) : Solsperse 5000(Lubrisol사 제조)
분산제(F2) : Disperbyk-163(BYK chemi사 제조)
용제(E1) : n-부탄올
용제(E2) : 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트
<실시예 1~5, 비교예 1~6>
하기 표 2 에 기재된 각 성분들을 혼합하여 흑색 감광성 수지 조성물을 얻었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 비교예1 비교예2 비교예3
안료분산체(BK) 제조예1 제조예2 제조예3 제조예4 제조예5 제조예6 제조예7 제조예8 제조예9 제조예10 제조예11
결합제수지(B) 카도계 수지(WR-101, 아데카사 제)
4.2
광중합성
화합물(C)		 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 (KAYARAD DPHA; 닛본 카야꾸 ㈜ 제조)
4.2
광중합
개시제(D)		 에타논-1-[9-에틸-6-(2-메틸-4테트라히드로피라닐옥시벤조일)-9H-카바졸-3-일]-1-(O-아세틸옥심) (Irgacure OXE02; 시바사 제조)
1
용제(E) 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트
20.08
첨가제(F1) 에폭시 수지(SUMI-EPOXY ESCN-195XL; 스미또모 카가꾸 고교 ㈜ 제조)
0.5
첨가제(F2) 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란
0.02
<실험예>
<착색 기판의 제조>
2평방인치의 유리 기판(코닝사 제조, #1737)을 중성 세제, 물 및 알코올로 차례로 세정하고 나서 건조하였다. 이 유리 기판상에 상기 실시예 및 비교예에 따른 흑색 감광성 수지 조성물을 100mJ/㎠의 노광량(365㎚)으로 노광하여 현상 공정을 생략했을 때의 후 소성 후의 막 두께가 3.0㎛가 되도록 스핀 코팅하고, 이어서 크린 오븐 중, 100℃에서 3분간 예비 건조하였다. 냉각 후, 이 흑색 감광성 수지 조성물을 도포한 기판을 우시오 덴끼㈜제의 초고압 수은 램프(상품명 USH-250D)를 이용하여 대기 분위기하에 100mJ/㎠의 노광량(365㎚)으로 광조사 하였다. 그 후, 220℃에서 30분간 후 소성 하였다.
<광학 밀도 측정>
상기 방법을 통해 만들어진 착색 기판을 OSP-200(올림푸스사 제)을 이용하여, 400nm내지 750nm파장에서의 광학 밀도를 측정하였다. 측정한 결과는 표 3에 나타내었다. 평가기준으로서 400nm내지 750nm파장에서의 평균 광학 밀도 ODave는 4.0이상이고, 최저 광학 밀도 ODmin은 3.0이상인 것이 바람직하다.
<비유전율 측정>
상기 방법을 통해 만들어진 착색 기판에 알루미늄 진공증착 장비 및 마스크를 이용하여 알루미늄 전극을 형성시켰다. 이때 알루미늄 전극은 직경 5mm 원형모양으로 착색층 및 비도막층(ITO전극) 위에 0.075±0.025㎛ 두께로 증착했다.
알루미늄 전극과 비도막층의 알루미늄 전극에 정전용량 측정기(상품명 LCR 미터 4284A, Agilnet㈜)를 이용하여 1~100 kHz, 1V의 교류 전압을 인가한 때의 정전 용량을 측정하고, 그 값으로부터 비유전율을 산출하여 표 3 에 나타냈다. 평가기준으로서 비유전율이 5.0 미만인 경우가 바람직하다.
구 분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 비교예1 비교예2 비교예3
ODave 4.2 4.5 4.5 4.5 4.3 4.1 4.0 4.7 4.2 3.9 3.7
ODmin 3.2 3.3 3.2 3.3 3.2 2.6 2.4 3.4 2.6 2.1 2.6
비유전율 4.3 4.8 4.7 4.7 4.5 4.7 4.2 5.4 4.4 4.3 3.5
상기 표 3에서 보는 바와 같이 착색 재료로 흑색 안료인 카본 블랙과 유기 안료를 포함하는 실시예의 흑색 감광성 수지 조성물은 이를 포함하지 않는 비교예의 흑색 감광성 수지 조성물에 비하여 균일한 광학 밀도를 가지면서 전기 절연성(비유전율이 낮을 수록 우수한 전기 절연성을 가진다)이 우수한 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서가 얻어진다는 것을 알 수 있다. 다만, 유기 안료로 피그먼트 레드 208의 함량이 착색 재료의 고형분 100질량부에 대하여 15내지 40질량부를 벗어나는 실시예 6과 7의 경우 그 함량이 본 발명의 바람직한 범위내에 포함되는 실시예 1 내지 5에 비하여 광학 밀도 특성이 좋지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, 흑색 안료인 카본 블랙의 함량이 본 발명의 바람직한 범위를 벗어나는 실시예 8의 경우 흑색 안료의 함량이 본 발명의 바람직한 범위내에 포함되는 실시예 1 내지 5에 비하여 비유전율이 너무 높은 결과를 보여줌을 알 수 있다.
또한 상기 표 3에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5의 경우 OD 값이 3.0 이상의 결과를 나타내므로 OD 값이 3.0 미만일 때 나타나는 빛샘 현상을 방지할 수 있는 효과가 있음을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 착색 재료(A), 결합제 수지(B), 광중합성 화합물(C), 광중합 개시제(D) 및 용제(E)를 포함하여 이루어지며, 상기 착색 재료(A)는 흑색 안료(A1)와 유기 안료(A2)를 포함하고, 상기 유기 안료(A2)는 피그먼트 레드 208을 포함하는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 흑색 안료(A1)는 카본 블랙인 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 흑색 안료(A1)는 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 5 내지 10질량부 함유되고, 상기 유기 안료(A2)는 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 90 내지 95질량부 함유되는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 피그먼트 레드 208은 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 15내지 40질량부로 함유되는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 안료(A2)는 피그먼트 레드 208, 피그먼트 블루 15:6 및 피그먼트 옐로우 139를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 유기 안료(A2)는 착색 재료(A) 중의 고형분 100질량부에 대하여 피그먼트 블루 15:6은 40내지 55질량부, 피그먼트 엘로우 139는 10 내지 30질량부 함유하는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
  7. 기판 상부에 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 흑색 감광성 수지 조성물을 도포하고 소정의 패턴으로 노광 및 현상하여 얻어지는 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서는 400nm에서 750nm까지의 광학 밀도(Optical density 이하 OD)가 평균 4.0이상이고, 각 파장별 OD값이 최소 3.0이상인 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
  9. 청구항 7의 컬러 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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