KR20120033895A - 유기 절연막용 감광성 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 높은 평탄도, 감도, 내열성, 투명성 및 낮은 잔막율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 기판 사이의 밀착성을 현저히 향상시킨 감광성 조성물로서 특히 기존의 에폭시 작용기를 갖는 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물이 도입된 유기절연막이 갖고 있는 현상 공정중 과도한 도막의 유실을 최소화하고자 감광성 작용기를 갖는 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물 도입으로 노광 공정 중 가교밀도를 높여 현상 공정에서 도막의 유실을 최소화시킬 수 있는 감광성 수지 조성물로서 다양한 Display 공정의 유기 절연막에 적합한 감광성 수지 조성물을 제공할 수 있다.

Description

유기 절연막용 감광성 수지 조성물{Photosensitive resin composition for organic insulator}
본 발명은 다양한 Display 공정의 유기 절연막에 적합한 감광성 수지 조성물에 관한 것이다.
TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Dispaly)는 TFT-array가 형성된 유기기판과 컬러 필터가 형성된 유리기판과 일정한 간격을 유지할 수 있도록 합착한 후 두 장의 유리 기판 사이에 액정을 주입하여 패널을 형성한 후 전기적인 신호를 인가하여 디스플레이 하는 것을 말한다. 그러나 LCD 패널은 능동적으로 발광을 하지 못하므로 별도의 빛을 낼 수 있는 광원이 필요하며 이것을 배면광원 이라고 한다. TFT-LCD 특성 중 저소비전력과 고휘도를 얻는 것은 중요하다. 저소비전력을 달성하는 방법으로는 구동회로기술, 배면광원기술, 패널 기술로 구분할 수 있으며 패널 관련된 기술은 편광판의 투과효율향상, 컬러 필터의 투과율 향상, TFT-array의 개구율, 즉 빛이 통과하는 영역의 증가가 필요하다. 개구율은 전체 표면적에 대한 열려 있거나 투명한 부분의 비율을 말한다. 최근 TFT-LCD에 대한 결과는 광시야각과 화소 개구율의 개선에 그 초점이 맞혀져 있으며 이때 높은 개구율은 고휘도를 구현하여 배면 광원의 전력 소비를 줄여준다.
종래 유기 절연막은 PVA(대한민국 특허공개 제 2002-008427호), 폴리이미드(대한민국 특허공개 제 2003-0016981), Photoacryl(미국특허 제 6,232,157호)등을 사용한 경우가 있으나 유전율이 높은 문제가 있었으며, 기존의 무기 절연막을 대체할 정도의 소자 특성을 나타내지 못하였다.
본 발명은 평탄도, 감도, 내열성, 투명성, 밀착성 등이 우수할 뿐만 아니라, 저유전률 특성을 갖는 유기 절연막으로서 노광공정 중 경화밀도를 높여 현상공정 중 패턴의 유실 및 도막의 손실을 최소화하는 감광성 수지 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는 [A]알칼리 가용성 수지, [B]불포화성 에틸렌계 모노머, [C]하기 화학식 1의 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물, [D]광중합 개시제 및 [E]용매를 포함하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
<화학식 1>
Figure pat00001
(상기 식에서, R은 아크릴기 또는 옥세탈기, R1은 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, R2는 탄소수 1~5의 알콕시기, 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, m과 n은 1~10을 의미한다.)
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [C]실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물은 분자량 1000 ~ 4000인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [C]실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물은 2관능성 내지 3관능성인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [C]실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물은 조성물 전체 함량에 대해 5중량% 내지 60중량% 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [A]알칼리 가용성 수지는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; 및 [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물의 공중합체인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [A]알칼리 가용성 수지는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물; 및 [a3]상기 [a1] 및 [a2] 이외의 올레핀계 불포화 카르복실산 에스테르 화합물의 공중합체; 또는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물; 및 [a4]상기 [a1], [a2] 및 [a3] 이외의 올레핀계 불포화 화합물 중 선택된 1종 이상의 화합물의 공중합체; 또는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물; [a3]상기 [a1] 및 [a2] 이외의 올레핀계 불포화 카르복실산 에스테르 화합물; 및 [a4]상기 [a1], [a2] 및 [a3] 이외의 올레핀계 불포화 화합물 중 선택된 1종 이상의 화합물의 공중합체 인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [a1]:[a2] 성분은 1:1.3~2.5의 중량비율로 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [a1]:[a2] 성분은 1:1.3~2.5의 중량비율로 포함되며, [a3] 및 [a4] 성분 중 선택된 1종 이상의 화합물은 [A]알칼리 가용성 수지 전체 함량에 대해 35~65중량% 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [A]알칼리 가용성 수지는 조성물 전체 함량에 대해 5~50중량% 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [A]알칼리 가용성 수지는 고형분 함량이 10~70중량%인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 [B]불포화성 에틸렌계 모노머는 2개 이상의 불포화성 에틸렌 결합을 갖는 아크릴 모노머이며, 조성물 전체 함량에 대해 5~60중량% 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 박막 형성 후 유전상수가 3.3 이하인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 점도가 3~30cps인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 조성물을 이용하여 제조된 유기 절연막인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 유기 절연막을 포함하는 디스플레이 장치인 것이다.
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 현상 공정중 패턴의 유실 및 과도한 도막 손실 없이 저유전율, 평탄도, 감도, 내열성, 투명성, 밀착성이 모두 우수하였으며, 따라서 소비전력을 낮출 수 있으므로 다양한 디스플레이 공정의 유기 절연막에 적합하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, [A]알칼리 가용성 수지, [B]불포화성 에틸렌계 모노머, [C]하기 화학식 1의 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물, [D]광중합 개시제 및 [E]용매를 포함하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
<화학식 1>
Figure pat00002
(상기 식에서, R은 아크릴기 또는 옥세탈기, R1은 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, R2는 탄소수 1~5의 알콕시기, 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, m과 n은 1~10을 의미한다.)
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 유기 절연막용 감광성 수지 조성물은
[A]알칼리 가용성 수지
([a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물;
[a2]에폭시기 함유 불포화 화합물;
[a3]상기 [a1] 및 [a2] 이외의 올레핀계 불포화 카르복실산 에스테르 화합물; 및
[a4]상기 [a1], [a2] 및 [a3] 이외의 올레핀계 불포화 화합물
중 [a1]과 [a2]의 공중합체, 또는 [a3] 및 [a4] 중 선택된 1종 이상과 [a1], [a2]와의 공중합체, 바람직하게는 하기 화학식 2의 알칼리 가용성 수지),
[B]불포화성 에틸렌계 모노머,
[C]하기 화학식 1의 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물,
[D]광중합 개시제 및
[E]용매를 포함한다.
<화학식 1>
Figure pat00003
상기 식에서, R은 아크릴기 또는 옥세탈기, R1은 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, R2는 탄소수 1~5의 알콕시기, 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, m과 n은 1?10을 의미한다.
<화학식 2>
Figure pat00004
상기 식에서, R1 는 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, R2 는 탄소수 1~5의 알킬기 또는 글리시딜기, Y는 탄소수 1~5의 알킬기 또는 사이클로 알킬기, Z는 탄소수 1~5의 알킬기 또는 불포화기이고, x, y, z 및 r은 0 이상의 정수이되, x, y, z 및 r은 모두 0인 경우는 제외한다.
본 발명의 감광성 수지 조성물은 각 함량이
[A]알칼리 가용성 수지 5~50중량%,
[B]불포화성 에틸렌계 모노머 5~60중량%,
[C]하기 화학식 1의 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물 5~60중량%,
[D]광중합 개시제 0.5~20중량%,
[E]용매 20~80중량% 및
기타 첨가제를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 유기 절연막용 감광성 수지 조성물은 디스플레이 공정에서 적합한 저유전율을 제공할 수 있도록 박막 형성 후 유전상수가 3.3 이하인 것일 수 있다.
또한 본 발명의 유기 절연막용 감광성 수지 조성물은 점도가 3~30cps인 것일 수 있는데, 이는 코팅시 균일한 도막을 형성하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물의 각 구성요소를 구체적으로 살펴본다.
[A] 알카리 가용성 수지
본 발명에 사용되는 [A]알칼리 가용성 수지는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; 및 [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물의 공중합체인 것일 수 있으며, 또는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물; 및 [a3]상기 [a1] 및 [a2] 이외의 올레핀계 불포화 카르복실산 에스테르 화합물의 공중합체; 또는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물; 및 [a4]상기 [a1], [a2] 및 [a3] 이외의 올레핀계 불포화 화합물 중 선택된 1종 이상의 화합물의 공중합체; 또는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물; [a3]상기 [a1] 및 [a2] 이외의 올레핀계 불포화 카르복실산 에스테르 화합물; 및 [a4]상기 [a1], [a2] 및 [a3] 이외의 올레핀계 불포화 화합물 중 선택된 1종 이상의 화합물을 라디칼 중합하여 얻어진 공중합체인 것일 수 있다.
먼저 [a1] 형태의 불포화 카르복시산 및/또는 불포화 카르복시산 무수물로서는 아크릴산, 크로톤산, 이타콘산, 말레산, 푸마르산, 시트라콘산, 메사콘산 및 이들 디카르복실산의 무수물 중 단독 또는 조합해서 사용할 수 있다. 이 중, 아크릴산, 메타크릴산, 무수 말레산 등이 공중합 반응성, 내열성 및 입수가 용이한 점에서 바람직하게 사용된다.
상기 [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물로는 아크릴산 글리시딜 에스테르, 메타크릴산 글리시딜 에스테르, α-에틸 아크릴산 글리시딜 에스테르, α-n-프로필 아크릴산 글리시딜 에스테르, α-n-부틸 아크릴산 글리시딜 에스테르, 아크릴산-3,4-에폭시 부틸 에스테르, 메타크릴산-3,4-에폭시 부틸 에스테르, 아크릴산-6,7-에폭시 헵틸 에스테르, 메타크릴산-6,7-에폭시 헵틸 에스테르, α-에틸 아크릴산-6,7-에폭시 헵틸 에스테르, o-비닐 벤질 글리시딜 에테르, m-비닐 벤질 글리시딜 에테르, p-비닐 벤질 글리시딜 에테르 등이 공중합 반응성 및 얻어지는 박막의 내열성, 경도를 높인다는 점에서 바람직하게 사용된다. 이러한 화합물 [a2]는 단독으로 또는 조합해서 사용된다.
상기 화합물 [a3]으로서는, 예를 들면 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, sec-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트 등의 메타크릴산 알킬 에스테르; 메틸 아크릴레이트, 이소프로필 아크릴레이트 등의 아크릴산 알킬 에스테르; 시클로헥실 메타크릴레이트, 2-메틸 시클로헥실 메타크릴레이트, 디시클로펜테닐 메타크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸 메타크릴레이트, 이소보로닐 메타크릴레이트 등의 메타크릴산 시클로알킬 에스테르; 시클로헥실 아크릴레이트, 2-메틸 시클로헥실 아크릴레이트, 디시클로펜테닐 아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸 아크릴레이트, 이소보로닐 아크릴레이트 등의 아크릴산 시클로알킬 에스테르; 펜틸 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트 등의 메타크릴산 아릴 에스테르; 페닐 아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트 등의 아크릴산 아릴 에스테르; 말레산 디에틸, 푸마르산 디에틸, 이타콘산 디에틸 등의 디카르복시산 디에스테르; 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트 등의 히드록시알킬 에스테르 등이 사용될 수 있다.
상기 화합물 [a4]로서는, 예를 들면 스티렌, o-메틸 스티렌, m-메틸 스티렌, p-메틸 스티렌, 비닐 톨루엔, p-메톡시 스티렌, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 염화비닐, 염화비닐리덴, 아크릴아미드, 메타크릴 아미드, 초산 비닐, 1,3-부타디엔, 이소프렌, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용된 공중합체[A]는 조성물 전체 함량에 대하여 5~50중량% 포함할 수 있는데, 여기서 [a1]:[a2]성분은 1:1.3~3.5의 중량비율로 포함되며, [a3] 및 [a4] 중 선택된 성분을 포함하는 경우 [a3] 및 [a4]중 선택된 성분은 [A]알칼리 가용성 수지 전체 함량에 대해 35~65중량% 포함되는 것일 수 있다.
이러한 [A]알칼리 가용성 수지는 고형분 함량이 [A]성분에 대하여 10~70중량%인 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 20?50 중량%를 함유할 수 있다. 고형분 함량이 10 중량% 미만인 경우는 공중합체 [A]의 보존안전성 및 [a1]~[a4]의 구성요소를 모두 포함하는 중합체를 제조시 중합 조절이 잘 되지 않아 고체화 되는 경향이 있고, 70 중량%를 초과하는 경우에는 공중합체 [A]의 현상성, 내열성 및 표면경도 등이 저하되는 경향이 있다.
상기 공중합체 [A]의 합성에 사용된 용매로는 메탄올, 에탄올 등의 알코올류; 테트라하이드로퓨란, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르 등의 에테르류; 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 프로펠렌 글리콜 프로필 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트 등의 프로필렌 글리콜 알킬 에테르 아세테이트류 등이 바람직하다.
상기 공중합체 [A]의 합성에 사용된 중합개시제로는, 일반적으로 라디칼 중합개시제로서 알려져 있는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 2,2′-아조비스이소부티로니트릴, 2,2′-아조비스-(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2′-아조비스-(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴) 등의 아조 화합물 벤조일 퍼옥시드, t-부틸퍼옥시피바레이트, 1,1′-비스-(t-부틸퍼옥시)시클로헥산 등의 유기 과산화물 및 과산화수소를 들 수 있다. 라디칼 중합 개시제로서 과산화물을 이용한 경우에는 과산화물을 환원제와 함께 이용하여 레독스 개시제로 사용해도 좋다.
[B] 불포화성 에틸렌계 모노머
본 발명에서 사용된 불포화성 에틸렌계 모노머는 1개 이상의 불포화성 에틸렌결합을 갖는 단관능성 또는 다관능성 아크릴 모노머로서, 단관능, 2관능, 또는 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트가 중합성이 양호하고, 얻어지는 보호막의 내열성, 표면경도가 향상된다는 관점에서 바람직하다.
상기 단관능 (메타)아크릴레이트로는, 예를 들면 2-히드록시 에틸 (메타)아크릴레이트, 카비톨 (메타)아크릴레이트, 이소보닐 (메타)아크릴레이트, 3-메톡시 부틸 (메타)아크릴레이트, 2-(메타)아크릴로일 옥시 에틸 2-히드록시 프로필 프탈레이트 등을 들 수 있다.
상기 2관능 (메타)아크릴레이트로는, 예를 들면 에텔렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 (메타)아크릴레이트, 1,9-노난디올 (메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 비스페녹시 에틸알콜 플루오렌 디아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트로는, 예를 들면 트리스히드록시에틸이소시아뉴레이트 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
이러한 단관능, 2관능 또는 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트는 단독으로 또는 조합하여 사용된다.
[C] 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물
기존에 사용된 에폭시기를 갖는 실세스퀴옥산계 화합물은 노광공정 중 경화에 관여하지 않기 때문에 이후 진행되는 현상공정에서 패턴이 유실되거나 loss가 많이 발생한다. 본 발명에 사용된 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물은 아크릴기 또는 옥세탈기를 갖는 것으로 노광공정 중 경화밀도를 높여 현상공정 중 패턴 유실 및 도막의 손실을 최소화하면서 보호막의 내열성이 우수하고 투명성, 경도 및 유전률 관점에서 바람직하다. 또한 사용된 실세스퀴옥산은 조성물 전체 함량에 대하여 5?60 중량%를 함유할 수 있다. 이 구성단위가 5 중량% 미만인 경우는 내열성, 투명성, 경도 및 유전율이 떨어지고, 60 중량%를 초과하는 경우에는 현상공정에서 현상이 안되는 경향이 있다.
상기 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
<화학식 1>
Figure pat00005
상기 식에서, R은 아크릴기 또는 옥세탈기, R1은 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, R2는 탄소수 1~5의 알콕시기, 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, m과 n은 1?10을 의미한다.
[D] 광중합 개시제
본 발명에 있어서의 광중합 개시제란, 노광에 의해 분해 또는 결합을 일으키며 라디칼, 음이온, 양이온 등의 상기 [B] 불포화성 에틸렌계 모노머의 중합을 개시할 수 있는 활성종을 발생시키는 화합물을 의미한다.
본 발명의 광경화형 수지 조성물은 전체 조성 중 0.5?20중량% 되도록 광중합 개시제를 포함한다. 그 함량이 0.5중량% 미만이면 보호막의 감도가 충분하지 않아 현상 공정에서 보호막이 유실되기 쉽고, 현상 공정에서 보호막이 유지된다고 하더라도 충분히 높은 가교밀도를 갖는 보호막을 얻기 어렵다. 광중합 개시제의 함량이 20중량% 초과면 보호막의 내열성, 평탄화성 등이 저하되기 쉽다.
이 같은 광중합 개시제의 예로는 티옥산톤, 2,4-디에틸 티옥산톤, 티옥산톤-4-술폰산, 벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 아세토페논, p-디메틸아미노아세토페논, α,α'-디메톡시아세톡시벤조페논, 2,2'-디메톡시-2-페틸아세토페논, p-메톡시아세토페논, 2-메틸[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노-1-프로파논, 2-벤질-2-디에틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)페닐-(2-히드록시-2-프로필)케톤, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 등의 케톤류 안트라퀴논, 1,4-나프토퀴논 등의 퀴논류 1,3,5-트리스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 1,3-비스(트리클로로메틸)-5-(2-클로로페닐)-s-트리아진, 1,3-비스(트리클로로페닐)-s-트리아진, 페나실 클로라이드, 트리브로모메틸페닐술폰, 트리스(트리클로로메틸)-s-트리아진 등의 할로겐 화합물 디-t-부틸 퍼옥사이드 등의 과산화물 2,4,6-트리메틸 벤조일 디페닐 포스핀 옥사이드 등의 아실 포스핀 옥사이드류 등을 들 수 있다.
이러한 광중합 개시제는 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다.
[D] 용매
본 발명에 사용되는 용매로는 공중합체 [A]의 제조시 혹은 조성물의 고형분 및 점도를 유지시킬 수 있는 용매로서 다음과 같은 물질들이 사용가능하다. 구체적으로는, 메탄올, 에탄올 등의 알코올류; 테트라하이드로퓨란, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르 등의 에테르류; 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 프로펠렌 글리콜 프로필 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트 등의 프로필렌 글리콜 알킬 에테르 아세테이트류 등을 들 수 있다. 이러한 용매 가운데에서 용해성, 각 성분과의 반응성 및 도막 형성의 편리성의 관점에서 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 프로펠렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트류 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타난 등의 케톤류 아세트산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르; 2-히드록시프로피온산의 에틸에스테르, 메틸에스테르; 2-히드록시-2-메틸프로피온산의 에틸에스테르; 히드록시아세트산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 부틸 에스테르; 젖산에틸, 젖산프로필, 젖산부틸; 메톡시아세트산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르; 프로폭시아세트산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르; 부톡시아세트산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르; 2-메톡시프로피온산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르; 2-에톡시프로피온산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르; 2-부톡시프로피온산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르; 3-메톡시프로판의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르; 3-에톡시프로피온산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르; 3-부톡시프로피온산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르 등의 에스테르류를 들 수 있다.
또한 상기 용매와 함께 고비등점 용매를 병용한 것도 가능하다. 병용할 수 있는 고비등점 용매로서는, 예를 들면 N-메틸 포름아미드, N,N-디메틸 포름아미드, N-메틸 아세트아미드, N,N-디메틸 아세트아미드, N-메틸 피롤리돈, 디메틸 설폭시드, 벤질 에틸 에테르 등을 들 수 있다.
이 외에 첨가될 수 있는 기타 첨가제로는 도포성을 향상하기 위한 계면활성제를 들 수 있다. 계면활성제로는 불소 및 실리콘계 계면활성제를 들 수 있는데, 예를 들면 3M사의 FC-129, FC-170C, FC-430, DIC사의 F-172, F-173, F-183, F-470, F-475, 신에츠실리콘사의 KP322, KP323, KP340, KP341 등을 들 수 있다. 이러한 계면활성제는 공중합체 [A] 100 중량부에 대하여 바람직한 것은 5 중량부 이하, 보다 바람직한 것은 2 중량부 이하의 양으로 사용된다. 계면활성제의 양이 5 중량부를 초과한 경우에는 도포시 거품이 발생하기 쉬워진다.
또한, 기체와의 밀착성을 향상시키기 위해 접착 조제를 사용하는 것도 가능하다. 이와 같은 접착 조제로는 관능성 실란 커플링제가 바람직하게 사용되는데, 예를 들면 트리메톡시실릴 안식향산, γ-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐트리메톡시실란, γ-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다. 이러한 접착 조제는 공중합체 [A] 100 중량부에 대하여 바람직한 것은 20 중량부 이하, 보다 바람직한 것은 10 중량부 이하의 양으로 사용된다. 접착 조제의 양이 20 중량부를 초과한 경우에는 내열성이 저하되기 쉽다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 설명한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 알카리 가용성 수지 A 제조
냉각관과 교반기가 구비된 반응 용기에 광중합 개시제로서 2,2′-아조비스 이소부티로니트릴 10중량부를 용매 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 200중량부에 녹였다. 계속해서 스티렌 65중량부, 메타크릴산 15중량부, 메타크릴산 글리시딜 20중량부를 투입하고 질소 치환한 후 부드럽게 교반을 시작하였다. 용액의 온도를 70℃로 상승시키고, 이 온도를 4시간 동안 유지하여 공중합체를 포함한 중합체 용액을 얻었다. 얻어진 중합체 용액의 고형분 농도는 35중량%이었다. 이를 알칼리 가용성 수지 A라 하였다.
<제조예 2> 알카리 가용성 수지 B 제조
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 중합체 용액을 제조하되, 다만 스티렌 65중량부 대신 스티렌 45중량부 및 디사이클로펜틸 아크릴레이트 20중량부를 사용하였다. 얻어진 중합체 용액의 고형분 농도는 33%이었다. 이를 알칼리 가용성 수지 B라 하였다.
<실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3>
감광성 물질로서 알카리 가용성 수지 A 및 B와 용매로 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 불포화성 에틸렌 결합을 갖는 모노머(디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트)를 배합하고 여기에 실세스퀴옥산계 화합물을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 함유량을 변화시켜 가면서 배합하여 감광성 수지를 제조하였다.
구분 [A]알카리 가용성 수지-A [A]알카리 가용성 수지-B [B]6관능 에틸렌성불포화 모노머 [C]실세스퀴옥산계 화합물 [D]옥심계 광중합
개시제		 [E]용매 [F]에폭시 작용기갖는 실세스퀴옥산계화합물
실시예 1 9 - 15 5 1 70 -
실시예 2 9 - 10 10 1 70 -
실시예 3 9 - 5 15 1 70 -
실시예 4 - 9 10 10 1 70 -
실시예 5 - 9 5 15 1 70 -
비교예 1 9 - 10 - 1 70 10
비교예 2 - 9 10 - 1 70 10
비교예 3 9 - 20 - 1 70 -
주) 1) 함량 단위는 중량%이다.
2) [C]실세스퀴옥산계 화합물은 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물로서 R은 아크릴기, R1/R2는 메톡시기, m은 3, n은 5이다.
3) [F]에폭시 작용기 갖는 실세스퀴옥산계 화합물은 통상적으로 사용되는 화합물로서 HQ504이다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 조성물에 대하여 다음과 같이 물성평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 점도
점도는 25℃에서 브룩필드(BROOKFIELD) 점도계로 측정하였다.
(2) 잔막율
Glass에 제조된 각각의 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅하고 핫플레이트에서 100℃, 120초의 조건으로 예비 건조를 행하여 막두께 3㎛의 포토레지스트 막을 형성하였다, 이러한 막이 형성된 Glass를 노광한 후 2.38%TMAH 수용액에 60초간 현상하고 다시 220℃, 1시간 동안 강한 열처리를 실시하였다. 예비 건조시의 막두께와 후경화를 통한 용매 제거후의 형성된 막의 두께를 측정하여 비율측정을 통하여 잔막율을 측정하였다.
(3) 평탄성
컬러레지스트가 패턴닝된 Glass에 제조된 각각의 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅하고 핫플레이트에서 100℃, 120초의 조건으로 예비 건조를 행하여 막두께 3㎛의 포토레지스트 막을 형성하였다, 이러한 막이 형성된 Glass를 노광한 후 2.38%TMAH 수용액에 60초간 현상하고 다시 220℃, 1시간 동안 강한 열처리를 실시하였다. 여기서 얻어진 건조도막의 5point의 두께를 측정하여 평탄성을 측정하였다.
상기 평탄성을 측정하여 두께 편차가 0.025㎛미만인 경우 ◎, 0.026㎛ ?0.05㎛인 경우를 ○, 0.06㎛?0.1㎛인 경우를 △, 0.1㎛ 초과인 경우를 X로 나타내었다.
(4) 감도
Glass에 제조된 각각의 감광성 수지 조성물을 스핀 800rpm으로 코팅하고 핫플레이트에서 100℃, 120초의 조건으로 예비 건조를 행하고 노광량을 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200mJ/㎠의 조건으로 각각 노광을 실시한 후 2.38%TMAH 수용액에 60초간 현상하고 다시 220℃, 1시간 동안 강한 열처리를 실시하였다. 이때 얻어진 도막의 두께를 측정하였다.
상기 두께를 측정하여 200mJ/㎠에서 얻어진 도막의 두께 대비 90% 이상을 얻은 것을 각 조성에서 감도로 선택하였다.
(5) 내열성
상기 감도 측정에서 형성된 패턴 막의 상,하, 좌, 우의 폭을 측정하였다. 이때 각의 변화율이 미드베이크(100℃, 2분)전 기준, 0?10%인 경우를 ◎, 11 ?20% 인 경우를 ○, 21?40%인 경우를 △, 40% 초과인 경우를 X로 나타내었다.
(6) 밀착성
Glass에 제조된 각각의 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅하고 핫플레이트에서 100℃, 120초의 조건으로 예비 건조를 행하고 노광량을 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200mJ/㎠의 조건으로 각각 노광을 실시한 후 2.38%TMAH 수용액에 60초간 현상하고 다시 220℃, 1시간 동안 강한 열처리를 실시하였다. 얻어진 도막을 100등분으로 컷팅을 한 후 3M 스카치 매직테이프(3M scotch maic tape)를 이용하여 부착 후 탈착을 하였다. 이때 남아있는 도막의 개수를 세었다.
상기 측정에서 남아있는 도막이 100% 경우를 ◎, 90 ? 99% 인 경우를 ○, 80?89%인 경우를 △, 80% 미만인 경우를 X로 나타내었다.
(7) 유전율
유전율은 케퍼시터의 정전용량을 측정하여 아래의 식을 통해 구하였다. 유전체 박막을 일정 두께로 코팅한 후 임피던스 어넬라이저를 통해 정전용량을 측정하였고 하기 계산식 1을 통해 각각의 유전상수를 계산하였다.
[계산식 1]
C(정전용량)=ε0(진공유전율)*εr(유전체박막비유전율)*A(유효면적)/d(유전체박막두께)
상기 유전상수를 계산하여 2.8?3.0인 경우를 ◎, 3.1?3.3인 경우를 ○, 3.4?3.6인 경우를 △, 3.7 이상인 경우를 X로 나타내었다.
(8) 투과율
투과도는 분광광도계를 이용하여 400nm에서의 투과율을 측정하였다.
(9) 해상도
Glass에 제조된 각각의 감광성 수지 조성물을 스핀 800rpm으로 코팅하고 핫플레이트에서 100℃, 120초의 조건으로 예비 건조를 행하고 패턴 사이즈별(4㎛ - 100㎛) 마스크를 사용하고 노광량을 100mJ/㎠으로 노광한 후 2.38%TMAH 수용액에 60초간 현상하고 다시 220℃, 1시간 동안 강한 열처리를 실시하였다. 이때 얻어진 도막의 패턴 사이즈를 측정하였다.
구분 조성물
점도
(cps)		 평탄성 감도
(mJ/㎠)		 내열성 밀착성 유전율 잔막율
(%)		 투과율
(%)		 해상도
(㎛)
실시예 1 5 ○ 70 ◎ ◎ ◎ 90 93 8
실시예 2 5 ○ 70 ○ ◎ ◎ 92.5 95 6
실시예 3 5 ○ 70 ○ ◎ ◎ 93 95.5 5
실시예 4 5 ○ 70 ◎ ◎ ◎ 95.4 97 5
실시예 5 5 ○ 70 ◎ ◎ ◎ 97 98 4
비교예 1 5 ○ 150 ○ ◎ ◎ 93 93 20
비교예 2 5 ○ 150 ○ ○ ◎ 94.5 95 14
비교예 3 5 ○ 70 △ △ △ 89 89.5 16
상기 표 2를 통하여 본 발명에 따라 실시예 1 ~ 5에서 제조한 감광성 수지 조성물은 내열성, 밀착성, 잔막율 및 투과율이 우수하였고 유전율이 낮음으로써 소비전력을 낮출 수 있으며 패턴의 유실 없이 미세한 패턴 구현이 가능하여 다양한 디스플레이 공정에서 유기 절연막에 유효적절하게 적용할 수 있음을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (15)

  1. [A]알칼리 가용성 수지, [B]불포화성 에틸렌계 모노머, [C]하기 화학식 1의 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물, [D]광중합 개시제 및 [E]용매를 포함하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
    <화학식 1>
    Figure pat00006

    (상기 식에서, R은 아크릴기 또는 옥세탈기, R1은 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, R2는 탄소수 1~5의 알콕시기, 탄소수 1~5의 알킬기 또는 수소원자, m과 n은 1~10을 의미한다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 [C]실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물은 분자량 1000 ~ 4000인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 [C]실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물은 2관능성 내지 3관능성인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 [C]실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 화합물은 조성물 전체 함량에 대해 5중량% 내지 60중량% 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 [A]알칼리 가용성 수지는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; 및 [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물의 공중합체인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 [A]알칼리 가용성 수지는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물; 및 [a3]상기 [a1] 및 [a2] 이외의 올레핀계 불포화 카르복실산 에스테르 화합물의 공중합체; 또는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물; 및 [a4]상기 [a1], [a2] 및 [a3] 이외의 올레핀계 불포화 화합물 중 선택된 1종 이상의 화합물의 공중합체; 또는 [a1]불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산 무수물 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물; [a2]에폭시기 함유 불포화 화합물; [a3]상기 [a1] 및 [a2] 이외의 올레핀계 불포화 카르복실산 에스테르 화합물; 및 [a4]상기 [a1], [a2] 및 [a3] 이외의 올레핀계 불포화 화합물 중 선택된 1종 이상의 화합물의 공중합체인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 [a1]:[a2] 성분은 1:1.3~2.5의 중량비율로 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  8. 제6항에 있어서, 상기 [a1]:[a2] 성분은 1:1.3~2.5의 중량비율로 포함되며, [a3] 및 [a4] 성분 중 선택된 1종 이상의 화합물은 [A]알칼리 가용성 수지 전체 함량에 대해 35~65중량% 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 [A]알칼리 가용성 수지는 조성물 전체 함량에 대해 5~50중량% 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 [A]알칼리 가용성 수지는 고형분 함량이 10~70중량%인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 [B]불포화성 에틸렌계 모노머는 2개 이상의 불포화성 에틸렌 결합을 갖는 아크릴 모노머이며, 조성물 전체 함량에 대해 5~60중량% 포함되는 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 박막 형성 후 유전상수가 3.3 이하인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 점도가 3~30cps인 것임을 특징으로 하는 유기 절연막용 감광성 수지 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 이용하여 제조된 유기 절연막.
  15. 제14항에 따른 유기 절연막을 포함하는 디스플레이 장치.
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