KR20120130609A

KR20120130609A - 흑색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20120130609A
Application number: KR1020110048680A
Authority: KR
Inventors: 김주성; 신규철; 육성훈; 배진영
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사; 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-12-03

Abstract

본 발명은 흑색 감광성 수지조성물, 이를 이용한 컬러필터 및 화상표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물은 그라파이트 옥사이드(a1) 및 카본블랙(a2)을 포함하는 착색제(A), 알칼리 가용성 수지(B), 광중합성 화합물(C), 광중합 개시제(D) 및 용제(E)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
상기한 흑색 감광성 수지 조성물은 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼스페이서 형성에 사용시 전기 절연성이 높고, 낮은 유전상수를 가지며 높은 광차폐율을 나타낸다. 따라서 상기 흑색 감광성 수지 조성물은 전기절연성이 높고, 낮은 유전상수를 가지면서 높은 광차폐율을 갖는 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터 및 이를 포함하는 액정표시장치의 제조에 유용하게 사용할 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, 통상 블랙 매트릭스가 패턴 형상으로 형성된 기판상에 적색, 녹색 및 청색의 각 색에 상당하는 착색제를 함유하는 착색 감광성 수지 조성물을 사용하여 각 색에 해당되는 화소를 형성함으로써 제조되고 있다.

블랙 매트릭스는 흑색 감광성 수지 조성물로 형성되며, 콘트라스트 및 각 색의 발색효과를 높이는 역할을 한다. 지금까지의 블랙 매트릭스는 착색제로서 카본블랙을 기본 재료로 사용하여 개발이 되었고, 광차폐율(OD)이나 패턴특성에 있어서 좋은 특성을 보여왔다. 그러나 저유전성이 요구되는 COA(Color Filter on TFT array)용 블랙 매트릭스 또는 블랙 매트릭스와 컬럼 스페이서의 역할을 함께 수행할 수 있는 블랙 컬럼 스페이스에서는 착색제로 카본블랙을 사용하는 경우 요구되는 저유전성을 확보하지 못한다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 일본특허 2007-071994에서는 페릴렌계 화합물을 사용한 블랙 매트릭스 혹은 블랙 컬럼스페이서에 관한 기술을 개시하고 있다. 그러나 상기 일본특허 2007-071994호에서 개시한 블랙매트릭스 혹은 블랙 컬럼스페이서의 경우 충분한 값의 광차폐율(OD)이 나오기 힘들고, 많은 양의 페릴렌계 화합물을 적용하였을 때에는 감도 및 현상성에 있어서 좋은 효과를 얻기 힘들다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로 절연성이 높고, 낮은 유전상수를 가지며, 높은 광차폐율 그리고 우수한 패턴 특성을 가지는 흑색 감광성 수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 절연성이 높고, 낮은 유전상수를 가지며, 높은 광차폐율을 갖는 블랙매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 포함하는 컬러필터를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기 컬러 필터를 구비한 액정 표시 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 그라파이트 옥사이드(a1) 및 카본블랙(a2)을 포함하는 착색제(A), 알칼리 가용성 수지(B), 광중합성 화합물(C), 광중합 개시제(D) 및 용제(E)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물을 제공한다.

상기 그라파이트 옥사이드(a1)는 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 1 내지 50 중량부 포함되는 것이 바람직하다.

상기 카본블랙(a2)은 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 5 내지 50 중량부 포함되는 것이 바람직하다.

상기 그라파이트 옥사이드(a1)와 카본블랙(a2)는 그 비율이 중량비로 1:4 내지 4:1인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판 상부에 상기한 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.

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 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼스페이서 형성에 사용시 전기 절연성이 높고, 낮은 유전상수를 가지며 높은 광차폐율을 나타낸다. 따라서 상기 흑색 감광성 수지 조성물은 전기절연성이 높고, 낮은 유전상수를 가지면서 높은 광차폐율을 갖는 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터 및 이를 포함하는 액정표시장치의 제조에 유용하게 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물은 그라파이트 옥사이드(a1) 및 카본블랙(a2)을 포함하는 착색제(A), 알칼리 가용성 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.

착색제(A)

상기 착색제는 그라파이트 옥사이드(a1) 및 카본블랙(a2)을 포함하여 이루어진다.

그라파이트 옥사이드( a1 )

상기 그라파이트 옥사이드(a1)는 낮은 유전율을 부여하기 위하여 첨가되는 것이다.

그라파이트 옥사이드(a1)는 일반적으로 그라파이트를 강산 처리하여 산화시키면 용이하게 얻을 수 있다. 즉, 그라파이트를 강산으로 처리하게 되면 탄소와 산이 반응하여 탄소에 히드록시기, 카르복실기 등이 함유된 그라파이트 옥사이드를 얻을 수 있다. 이러한 그라파이트 옥사이드는 시판되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다.

상기 그라파이트 옥사이드(a1)로 입자를 사용하는 경우, 입자의 모양은 제한되지 않으며, 바람직하게는 전자 현미경에 의해 관찰될 수 있는, 평균 입자 지름이 1 ㎛ 이하인 것이 좋다. 필요에 따라서 상기 그라파이트 옥사이드는 입자의 표면을 절연성이 우수한 소수성 분산제(또는 바인더) 등으로 처리한 것을 사용할 수 있다. 이 경우 절연성 분산제는 그라파이트 옥사이드 입자를 둘러싸는 보호층 (Passivation Layer)을 형성하는 것으로서, 그라파이트 옥사이드 입자간의 접촉에 의해 발생할 수 있는 퍼콜레이션을 방지할 수 있어 저유전율의 확보 및 통제할 수 있는 작용을 한다. 따라서 절연성 분산제 등으로 처리된 그라파이트 옥사이드는 우수한 절연성 흑색 입자로서 사용 가능하고 또한 절연성 분산제는 바인더 수지와의 상용성 및 접착 특성을 개선시킬 수 있다.

상기 절연성 분산제는 우레탄계 분산제, 아크릴계 분산제 또는 에폭시계 분산제일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 절연성 우레탄계 분산제의 예로는 disperbyk 164(BYK chemie사제), disperbyk 163(BYK chemie사제) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 들 수 있다.

상기 그라파이트 옥사이드(a1)는 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 1 내지 50 중량부, 바람직하게는 2 내지 40 중량부로 포함될 수 있다. 상기 그라파이트 옥사이드(a1)가 상기 기준으로 1 내지 50 중량부로 포함되는 경우 박막 형성시 낮은 유전상수를 가지고, 현상 공정시 화소부의 잔사 발생이 감소하기 때문에 바람직하다.

카본블랙( a2 )

상기 카본블랙(a2)은 차광성이 있는 것이라면 특별히 제한 없이 공지된 것을 사용할 수 있다.

상기 카본블랙(a2)은 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 카본블랙(a2)은 수지가 피복된 것일 수도 있다. 상기 수지가 피복된 카본블랙은 수지가 피복되어 있지 않은 카본블랙에 비해 도전성이 낮기 때문에 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서 형성 시에 우수한 전기 절연성을 부여 할 수 있다.

상기 카본블랙(a2)은 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 5 내지 50 중량부, 바람직하게는 7 내지 40 중량부 포함될 수 있다. 상기 카본블랙(a2)의 함량이 상기 기준으로 5 내지 50 중량부로 포함되어 있는 경우 박막 형성시 광학밀도가 충분하고, 현상 공정시 화소부의 잔사 발생이 감소한다.

상기 착색제로 사용되는 그라파이트 옥사이드(a1)와 카본블랙(a2)는 그 사용비율이 중량비로 1:4 내지 4:1인 것이 바람직하다. 상기 착색제로 사용되는 그라파이트 옥사이드(a1)와 카본블랙(a2)의 사용비율이 상기 범위내로 포함되는 경우 전기 절연성이 높고, 낮은 유전상수를 가지며 높은 광차폐율을 나타내게 된다.

알칼리 가용성 수지(B)

상기 알칼리 가용성 수지(B)는 본 발명의 용제에 용해될 수 있고, 광이나 열의 작용에 의한 반응성을 가지며, 전술한 착색제(A)에 대한 결착 수지의 기능을 하고 알칼리성 현상액에 용해 가능한 수지라면 특별히 제한 없이 사용될 수 있다.

바람직하게 상기 알칼리 가용성 수지(B)는 아크릴계 공중합체를 포함할 수 있다.

상기 아크릴계 공중합체는 (메타)아크릴산 또는 히드록시기 함유 (메타)아크릴레이트 단량체와, 상기 단량체와 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체일 수 있다.

상기 히드록시기 함유 (메타)아크릴레이트로는 예를 들면, 히드록시(메타)아크릴레이트, 이것의 카프로락톤 부가물 또는 산화 알킬렌 부가물, 글리세린 등의 다가의 알코올과 (메타)아크릴산과의 에스테르 화합물, 및 글리시딜(메타)아릴레이트아크릴산 부가물을 들 수 있다. 상기 히드록시(메타)아크릴레이트로는, 예를 들면, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 히드록시부틸(메타)아크릴레이트를 들 수 있다. 이들의 카프로락톤 부가물로서는, 예를 들면, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트ㆍ카프로락톤 부가물, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트ㆍ카프로락톤 부가물, 히드록시부틸(메타)아크릴레이트ㆍ카프로락톤 부가물을 들 수 있고, 산화알킬렌 부가물로서는, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트ㆍ산화알킬렌 부가물, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트ㆍ산화프로필렌 부가물, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트ㆍ산화부틸렌 부가물을 들 수 있다. 글리세린 등의 다가의 알코올과 (메타)아크릴산과의 에스테르 화합물로는, 예를 들면, 글리세린모노(메타)아크릴레이트, 글리세린디(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 메티롤프로판모노(메타)아크릴레이트, 디트리메티롤프로판트리(메타)아크릴레이트, 트리메티롤프로판의 산화에틸렌 부가물의 디(메타)아크릴레이트, 트리메티롤프로판의 산화프로필렌 부가물의 디(메타)아크릴레이트를 들 수 있다. 상기에서 예시한 히드록시기 함유 (메타)아크릴레이트로는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다.

상기 히드록시기 함유 (메타)아크릴레이트와 공중합 가능한 다른 단량체로는 구체적으로 (메타)아크릴산 등의 불포화 카르복실산, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 아미노에틸(메타)아크릴레이트 등의 불포화 카르복실산의 비치환 또는 치환 알킬에스테르 화합물, 시클로펜틸(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 메틸시클로헥실(메타)아크릴레이트, 시클로헵틸(메타)아크릴레이트, 시클로옥틸(메타)아크릴레이트, 멘틸(메타)아크릴레이트, 시클로펜테닐(메타)아크릴레이트, 시클로헥세닐(메타)아크릴레이트, 시클로헵테닐(메타)아크릴레이트, 시클로옥테닐(메타)아크릴레이트, 멘타디에닐(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트, 피나닐(메타)아크릴레이트, 아다만틸(메타)아크릴레이트, 노르보르닐(메타)아크릴레이트, 피네닐(메타)아크릴레이트 등의 지환식 치환기를 포함하는 불포화 카르복실산 에스테르 화합물, 올리고에틸렌글리콜 모노알킬(메타)아크릴레이트 등의 글리콜류의 모노포화 카르복실산 에스테르 화합물, 벤질(메타)아크릴레이트, 페닐(메타)아크릴레이트 등의 방향환을 갖는 치환기를 포함하는 불포화 카르복실산 에스테르 화합물, 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔 등의 방향족 비닐 화합물, 아세트산 비닐, 프로피온산 비닐 등의 카르복실산 비닐에스테르, (메타)아크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴 등의 시안화 비닐 화합물, N-시클로헥실말레이미드, N-페닐말레이미드 등의 말레이미드 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다.

바람직하게 상기 아크릴계 공중합체는 (메타)아크릴산, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트 및 히드록시부틸(메타)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 단량체와 페닐(메타)아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트 및 스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 단량체와의 공중합체이다.

상기 알칼리 가용성 수지(B)는 겔투과 크로마토그래피(GPC; 테트라히드로퓨란을 용출용매로 함)로 측정한 폴리스티렌 환산 중량평균분자량이 3,000 내지 200,000이고, 바람직하게는 5,000 내지 100,000이다. 알칼리 가용성 수지(B)의 중량평균분자량이 3,000 내지 200,000인 경우에는 도막 경도가 향상되고, 패턴 형성과정에서 미노광부의 현상액에 대한 용해성이 양호하기 때문에 바람직하다.

상기 알칼리 가용성 수지(B)의 산가는 20 내지 200(KOH㎎/g)인 것이 바람직하다. 상기 알칼리 가용성 수지(B)의 산가가 20 내지 200인 경우에는 패턴형성 과정에서 현상액에 대한 용해성이 향상되어 미노광부가 쉽게 용해되고, 고감도화되어 잔막률이 향상되기 때문에 바람직하다. 여기서 산가란, 아크릴계 중합체 1g을 중화하는데 필요한 수산화칼륨의 양(mg)으로서 측정되는 값이며, 통상적으로 수산화칼륨 수용액을 사용하여 적정함으로써 구할 수 있다.

상기 알칼리 가용성 수지(B)는 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 10 내지 50중량부 포함될 수 있고, 10 내지 45중량부 포함되는 더욱 바람직하다. 상기 알칼리 가용성 수지(B)가 상기의 기준으로 10 내지 50중량부 포함되는 경우에는 패턴형성 과정에서 양호한 패턴이 얻어지고, 현상성이 양호해지므로 바람직하다.

광중합성 화합물(C)

상기 광중합성 화합물(C)은 광 및 후술하는 광중합 개시제의 작용으로 중합할 수 있는 화합물로서, 단관능 단량체, 2관능 단량체, 그 밖의 다관능 단량체 등을 들 수 있다. 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(아크릴로일 옥시에틸)에테르, 3-메틸펜탄디올디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.

그밖의 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)는 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 3 내지 40중량부로 포함될 수 있으며, 특히 5 내지 30중량부로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 상기 광중합성 화합물(C)이 상기 기준으로 3 내지 40중량부로 포함되는 경우에는 패턴 형성과정에서 노광부의 강도나 평활성이 양호하게 되기 때문에 바람직하다.

광중합 개시제 (D)

상기 광중합 개시제(D)는 제한되지 않으나 트리아진계 화합물, 아세토페논계 화합물, 비이미다졸계 화합물 및 옥심 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.

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>

상기 화학식 1 중, 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>

<화학식 3>

<화학식 4>

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-벤조일벤조산 메틸, 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.

본 발명에 따르면 상기 광중합 개시제(D)에는 광중합 개시 보조제(D-1)을 조합하여 사용할 수도 있다. 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 컬럼스페이서를 형성할 때의 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)는 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 0.1 내지 20중량부, 바람직하게는 0.5 내지 10중량부 포함되는 것이 바람직하다. 상기 광중합 개시제(D)의 사용량이 상기의 기준으로 상기의 범위에 있으면 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물이 고감도화되어 노광시간이 단축되므로 생산성이 향상되며 높은 미세성를 유지할 수 있기 때문에 바람직하다.

상기 광중합 개시 보조제(D-1)의 함량은 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 0.01 내지 10중량부, 바람직하게는 0.01 내지 5중량부의 범위이다. 상기 광중합 개시 보조제(D-1)의 사용량이 상기의 범위에 있으면 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물의 감도가 더 높아지고, 이 조성물을 사용하여 형성되는 컬러필터의 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.

상기의 용제 중, 도포성, 건조성면에서 바람직하게는 상기 용제 중에서 비점이 100℃ 내지 200℃인 유기 용제를 들 수 있고, 보다 바람직하게는 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 케톤류, 3-에톡시프로피온산에틸이나 3-메톡시프로피온산메틸 등의 에스테르류를 들 수 있으며, 더욱 바람직하게는 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 시클로헥사논, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸 등을 들 수 있다.

이들 용제(E)는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 용제(E)의 함량은 흑색 감광성 수지 조성물 전체량을 100중량부로 기준 했을 때 40 내지 95중량부, 바람직하게는 50 내지 92 중량부이다. 상기 용제(E)의 함유량이 상기의 기준으로 40 내지 95중량부의 범위이면 롤 코터, 스핀 코터, 슬릿 앤드 스핀 코터, 슬릿 코터(다이 코터라고도 하는 경우가 있음), 잉크젯 등의 도포 장치로 도포했을 때 도포성이 양호해지기 때문에 바람직하다.

첨가제(F)

본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물에는 필요에 따라 충진제, 다른 고분자 화합물, 경화제, 분산제, 밀착 촉진제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 응집 방지제 등의 첨가제(F)를 병용하는 것도 가능하다.

상기 충진제는 구체적으로 유리, 실리카, 알루미나 등을 예시할 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 사용되며, 경화제로서는 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 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다.

상기 분산제는 시판되는 계면 활성제를 이용할 수 있으며, 상기 계면 활성제는 예를 들면 실리콘계, 불소계, 에스테르계, 양이온계, 음이온계, 비이온계, 양쪽성계 계면 활성제 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다.

상기의 계면 활성제로는 구체적인 예를 들면 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르류, 폴리에틸렌글리콜디에스테르류, 소르비탄지방산에스테르류, 지방산변성폴리에스테르류, 3급아민변성폴리우레탄류, 폴리에틸렌이민류 등이 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 촉진제의 구체적인 예로서는 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐 트리스(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-머캅토 프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다.

상기 밀착 촉진제는 각각 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있으며, 흑색 감광성 수지 조성물의 고형분 100중량부에 대하여 0.01 내지 10중량부, 바람직하게는 0.05 내지 2중량부 사용하는 것이 바람직하다.

상기 산화 방지제의 구체적인 예로서는 2,2'-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀 등 힌더드페놀계를 들 수 있다.

상기 자외선 흡수제의 구체적인 예로서는 2-(3-tert-부틸-2-히드록시-5-메틸페닐)-5-클로로벤조티리아졸, 알콕시벤조페논 등을 들 수 있다.

상기 응집 방지제의 구체적인 예로서는 폴리아크릴산 나트륨 등을 들 수 있다.

본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물은, 예를 들면 이하와 같은 방법에 의해 제조할 수 있다.

착색제(A)를 미리 용제(E)와 혼합하여 착색제의 평균 입경이 1㎛ 이하 정도가 될 때까지 비드 밀 등을 이용하여 분산시킨다. 이때, 필요에 따라 분산제가 사용되고, 또한 알칼리 가용성 수지(B)의 일부 또는 전부가 배합되는 경우도 있다. 이때 본 발명에서는 착색제(A)로 그라파이트 옥사이드(a1)와 카본블랙(a2)이 사용되므로, 이들을 혼합한 후 위와 같이 하여 분산액을 만들거나, 또는 이들 각각의 분산액을 위와 같이 하여 별도로 만들어 사용할 수도 있다. 또한 그라파이트 옥사이(a1)의 경우에는 분산제로 절연성 분산제를 사용할 수도 있다. 얻어진 분산액에 알칼리 가용성수지(B)의 나머지, 광중합성 화합물(C) 및 광중합 개시제(D)와, 필요에 따라 추가의 첨가제(F)를 첨가한 후, 필요에 따라 추가의 용제를 소정의 농도가 되도록 더 첨가하여 목적하는 흑색 감광성 수지 조성물을 얻는다.

이하에서는 본 발명에 따른 컬러필터를 설명한다.

본 발명에 따른 컬러필터는 기판 상부에 전술한 본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물을 도포하고 소정의 패턴으로 노광 및 현상하여 얻어지는 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼스페이서를 포함한다.

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.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 흑색 감광성 수지 조성물을 이용하여 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼스페이서의 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 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 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

상기 현상액 중의 알칼리성 화합물의 바람직한 농도는 0.01 내지 10중량%의 범위이고, 보다 바람직하게는 0.03 내지 5중량%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 100중량부 중0.01 내지 10중량부, 바람직하게는 0.05 내지 8중량부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5중량부이다.

상기한 과정을 통하여 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼스페이서가 얻어진다. 컬러필터의 구성 및 제조방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 그에 의하고 자세한 설명은 생략한다.

상기한 바와 같이 하여 제조되는 본 발명에 따른 컬러필터의 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼스페이서는 절연성이 높고, 낮은 유전상수를 가지며, 높은 광차폐율을 나타낸다.

본 발명은 전술한 컬러필터를 구비한 액정표시장치도 권리에 포함하고 있다.

본 발명의 액정표시장치는 전술한 컬러필터를 구비한 것을 제외하고는 본 기술분야에서 알려진 구성을 포함한다. 즉, 본 발명의 컬러필터를 적용할 수 있는 액정표시장치는 모두 본 발명에 포함된다.

일례로, 박막트랜지스터(TFT소자), 화소전극 및 배향층을 구비한 대향전극기판을 소정의 간격으로 마주 향하게 하고, 이 간극부에 액정재료를 주입하여 액정층으로 한 투과형의 액정표시장치를 들 수 있다. 또한, 컬러필터의 기판과 착색층 사이에 반사층을 설치한 반사형의 액정표시장치도 있다.

또 다른 일례로, 컬러필터의 투명 전극 위에 합쳐진 TFT(박막 트랜지스터: Thin Film Transistor) 기판 및, TFT 기판이 컬러필터와 중첩하는 위치에 고정된 백라이트를 포함한 액정표시장치를 들 수 있다. 상기 TFT 기판은 컬러필터의 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.

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.

이하와 같이, 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다.

<제조예 1> 그라파이트 옥사이드 분산액(M1)

그라파이트 옥사이드 5중량부를 용기에 투입 후 균질기(homogenizer)를 이용하여 3분 동안 교반한다. 이때, 용제로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 95중량부를 사용하였으며, 교반이 완료된 액은 초음파처리를 30분 동안 처리하여 그라파이트 옥사이드 분산액 (M1)을 제조하였다.

<제조예 2> 카본블랙 분산액(M2)

카본블랙 8.7중량부, 분산제로서 아지스파 PB821(아지노모또 파인테크노 가부시끼가이샤 제조)를 4.3중량부, 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 87중량부를 비드밀에 의해 12시간 동안 혼합?분산하여 분산액(M2)을 제조하였다.

광차단용 흑색 감광성 수지 조성물의 제조

[실시예 1]

제조예 1에서 제조한 그라파이트 옥사이드 분산액(M1) 27중량부, 제조예 2에서 제조한 카본블랙 분산액(M2) 59중량부를 균질기(homogenizer)를 이용하여 3분 동안 교반을 하고, 초음파처리를 5분 동안 진행한다. 여기에 알칼리 가용성 수지(메타아크릴산과 벤질메타아크릴레이트와의 공중합체: 메타아크리산 단위와 벤질메타아크릴레이트 단위와의 비는 몰비로 27:73, 산가는 85, 폴리스티렌 환산중량평균분자량은 13,000)를 2중량부, 광중합성 모노머(KAYARAD DPHA; 닛본가야꾸 제조) 1중량부, 광개시제류로 Irgacure 369 (Ciba Specialty Chemical 사 제조) 0.1중량부, 4,4'-디(N,N'-디메틸아미노)-벤조페논(호도가야 카가쿠㈜제조) 0.1중량부, Irgacure OXE01(Ciba Specialty Chemical 사 제조) 0.15중량부, Irgacure OXE02(Ciba Specialty Chemical 사 제조) 0.15중량부, 용매류로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 10.5중량부를 혼합하여 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 제조하였다.

[실시예 2]

제조예 1에서 제조된 그라파이트 옥사이드 분산액(M1) 50중량부, 제조예 2에서 제조된 카본블랙 분산액(M2) 36중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법, 성분 및 조성으로 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 제조하였다.

[실시예 3]

제조예 1에서 제조된 그라파이트 옥사이드 분산액(M1) 75중량부, 제조예 2에서 제조된 카본블랙 분산액(M2) 11중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법, 성분 및 조성으로 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 제조하였다.

[실시예 4]

제조예 1에서 제조된 그라파이트 옥사이드 분산액(M1) 82중량부, 제조예 2에서 제조된 카본블랙 분산액(M2) 4중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법, 성분 및 조성으로 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 제조하였다.

[실시예 5]

제조예 1에서 제조된 그라파이트 옥사이드 분산액(M1) 2.5중량부, 제조예 2에서 제조된 카본블랙 분산액(M2) 83.5중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법, 성분 및 조성으로 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 제조하였다.

[실시예 6]

제조예 1에서 제조된 그라파이트 옥사이드 분산액(M1) 25중량부, 제조예 2에서 제조된 카본블랙 분산액(M2) 61중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법, 성분 및 조성으로 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 제조하였다.

[실시예 7]

제조예 1에서 제조된 그라파이트 옥사이드 분산액(M1) 76중량부, 제조예 2에서 제조된 카본블랙 분산액(M2) 10중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법, 성분 및 조성으로 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 제조하였다.

[비교예 1]

제조예 1에서 제조된 그라파이트 옥사이드 분산액(M1) 86중량부, 제조예 2에서 제조된 카본블랙 분산액(M2) 0중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법, 성분 및 조성으로 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 제조하였다.

[비교예 2]

제조예 1에서 제조된 그라파이트 옥사이드 분산액(M1) 0중량부, 제조예 2에서 제조된 카본블랙 분산액(M2) 86중량부를 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법, 성분 및 조성으로 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 제조하였다.

<실험예>

상기 실시예 1 내지 7과 비교예 1 내지 2에서 제조된 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 이용하여 컬러필터를 제조하였다. 즉, 상기 각각의 광차단용 흑색 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅법으로 유리 기판 위에 도포한 다음, 가열판 위에 놓고 100℃의 온도에서 2분간 유지하여 박막을 형성시켰다. 이어서 상기 박막 위에 투과율을 1 내지 100%의 범위에서 계단상으로 변화시키는 패턴과 1㎛ 내지 100㎛의 라인/스페이스 패턴을 갖는 시험 포토마스크를 올려놓고 시험 포토마스크와의 간격을 50㎛로 하여 자외선을 조사하였다. 이때, 자외선 광원은 g, h, i 선을 모두 함유하는 1KW의 고압 수은등을 사용하여 100mJ/ ㎠의 조도로 조사하였으며, 특별한 광학 필터는 사용하지 않았다. 상기에서 자외 선이 조사된 박막을 pH 10.5의 KOH 수용액 현상 용액에 2분 동안 담궈 현상하였다. 이 박막이 입혀진 유리판을 증류수를 사용하여 세척한 다음, 질소 가스를 불어서 건조하고, 230℃의 가열 오븐에서 20분간 가열하여 블랙매트릭스 패턴을 포함하는 기판을 제조하였다. 제조된 패턴의 두께는 3.0㎛이었다.

상기에서 제조된 패턴을 포함하는 기판의 광차폐율 (OD), 패턴특성, 잔사특성 및 유전율을 하기와 같이 측정 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<광차폐율(OD)>

상기 실험예에서 제조된 기판의 광차폐율을 광학밀도측정계(엑스라이트사 제조)를 이용하여 측정하고 아래의 평가기준에 따라 평가하였다. 광차폐율은 높으면 높을수록 좋지만, 백라이트의 차광성을 가지기 위해서는 3.0이상이 필요하며 보다 더 바람직하게는 3.5이상이 좋다.

◎ : 광차폐율(OD)이 3.5이상

○ : 광차폐율(OD)이 3.0이상 3.5미만

△ : 광차폐율(OD)이 2.5이상 3.0미만

X : 광차폐율(OD)이 2.5미만

<패턴 특성>

상기 실험예에서 제조된 기판의 패턴을 광학현미경으로 확인하고 패턴의 직진성을 관찰하고, 아래의 평가기준에 따라 평가하였다.

○ : 100마이크로 패턴 측정시 돌기나 뜯김부분의 크기가 1㎛ 이상 개수가 1개미만

△ : 100마이크로 패턴 측정시 돌기나 뜯김부분의 크기가 1㎛ 이상 개수가 1~5개미만

X : 100마이크로 패턴 측정시 돌기나 뜯김부분의 크기가 1㎛ 이상 개수가 5개이상

<유전율>

상기 실험예에서 제조된 기판의 패턴 위에 Au 스퍼터링을 실시한 후, LCR미터 측정장치로 Cp값을 측정한 다음 유전율을 계산하였다.

유전율은 COA형 블랙매트릭스 및 블랙컬럼스페이서에서 3마이크로미터의 두께시 8이하를 가지는 것이 필요하며, 보다 바람직하게는 6이하 혹은 더 작을수록 좋다. 8이상의 유전율 값이 나올 경우 TFT 혹은 액정구동에 필요한 회로의 정상적인 작동에 간섭을 줄 수 있다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	비교예1	비교예2
광차폐율	◎	◎	○	○	◎	◎	○	X	◎
패턴특성	○	○	○	○	△	○	○	○	○
유전율	6.5	5.7	5.1	4.6	8.0	7.2	4.8	4.3	16.1

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따라 착색제로 그라파이트 옥사이드와 카본블랙을 혼합하여 사용한 실시예1 내지 7의 경우 그라파이트 옥사이드와 카본블랙을 혼합사용하지 않은 비교예에 비하여 광차폐율, 패턴특성에서 우수한 성능을 보였고, 유전율에 있어서도 그라파이트 옥사이드가 카본블랙과의 좋은 분산성을 통해 공극간 절연성을 유도하여 8이하의 저유전율을 보임을 확인할 수 있다. 특히 실시예 5의 경우는 8에 걸치는 저유전율을 보였기에, 보다 안정적인 유전상수를 획득하기 위해서는 그라파이트 옥사이드가 고형분 대비 1중량부 이상이 요망된다는 것을 보여준다. 비교예 1의 경우는 그라파이트 옥사이드 단독 분산액을 적용하였을 경우인데, 뛰어난 저유전율을 보이기는 하지만, 광차폐율에서 만족스럽지 못한 결과를 가져왔고, 비교예 2의 경우는 카본블랙 단독 분산액을 적용한 경우인데, 예상과 같이 높은 유전율을 보임으로써 저유전을 요구하는 제품에는 적용이 불가함을 알 수 있었다.

Claims

그라파이트 옥사이드(a1) 및 카본블랙(a2)을 포함하는 착색제(A), 알칼리 가용성 수지(B), 광중합성 화합물(C), 광중합 개시제(D) 및 용제(E)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 그라파이트 옥사이드(a1)는 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 1 내지 50 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 카본블랙(a2)은 흑색 감광성 수지 조성물 중의 고형분 함량을 100중량부로 기준했을 때 5 내지 50 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 그라파이트 옥사이드(a1)와 카본블랙(a2)는 그 첨가비율이 중량비로 1:4 내지 4:1인 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
기판 상부에 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 흑색 감광성 수지 조성물을 도포하고 소정의 패턴으로 노광 및 현상하여 형성되는 블랙 매트릭스 또는 블랙 컬럼 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
청구항 5의 컬러 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.