KR20160036917A - 자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 색변환층을 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 색변환층을 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형광 염료, 고굴절 재료, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제, 및 용제를 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 색변환층을 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
상기 조성을 포함하는 색변환층은 종래 컬러필터에 의한 광 효율 저하를 해소하고, 이를 표시장치에 도입시 높은 휘도를 유지하고 우수한 색변환 특성과 높은 광 효율을 확보하여 고품위의 생생한 화질을 구현할 수 있다.

Description

자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 색변환층을 포함하는 표시장치{Self emission type photosensitive resin composition, and display device comprising color conversion layer prepared thereby}
본 발명은 우수한 색변환 특성과 높은 형광 효율을 확보하여 고품위의 화질을 구현할 수 있는 자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 색변환층을 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
디스플레이 산업은 CRT(cathode-ray tube)에서 PDP(plasma display panel), OLED(organic light-emitting diode), LCD(liquid-crystal display) 등으로 대변되는 평판디스플레이로 급격한 변화를 진행해 왔다. 그 중 LCD는 거의 모든 산업에서 사용되는 화상표시장치로 널리 이용되고 있으며, 그 응용 범위는 지속적으로 확대되고 있다.
LCD는 백라이트 유닛으로부터 발생한 백색광이 액정셀을 통과하면서 투과율이 조절되고 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue)의 컬러필터를 투과해 나오는 3원색이 혼합되어 풀칼라를 구현한다.
백라이트 유닛의 광원으로는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)을 이용하는데, 이 경우 백라이트 유닛이 CCFL에 전원이 항상 인가하여야하므로 소비전력이 소모되는 문제를 야기한다. 또한, 기존 CRT에 비해 약 70% 수준의 색 재현율, 수은이 첨가됨에 따른 환경 오염 문제들이 단점으로 지적되고 있다.
상기 문제점을 해소하기 위한 대체품으로 현재는 LED(Light Emitting diode)를 이용한 백라이트 유닛에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. LED를 백라이트 유닛으로 사용하는 경우, NTSC(National Television System Committee) 색 재현 범위 사양의 100%를 상회하여 보다 생생한 화질을 소비자에게 제공할 수 있다.
이에 동종 산업계에서는 백라이트 광원의 효율을 향상시키기 위해 컬러필터 및 LCD 패널의 재료 및 구조 등의 변경을 통해 방식이 제안되고 있다.
컬러필터는 안료 또는 염료를 포함한 분산 조성물을 도포 후 패터닝 공정을 통해 각 색의 화소를 형성하는데, 이러한 안료 및 염료는 백라이트 광원의 투과 효율을 저하시키는 문제를 야기한다. 상기 투과 효율의 저하는 결과적으로 표시장치의 색재현성을 낮추게되어 결국 고품질의 화면 구현을 어렵게 한다.
낮은 색재현성 문제는 컬러필터의 광 효율의 증가를 통해 해소될 수 있으며, 이에 컬러필터의 두께를 증가시키거나 이에 적층 또는 근접하여 색변환층(또는 광변환층)을 도입하는 방식이 제안되고 있다.
도 1은 표시장치 내 색변환층의 역할을 보여주는 모식도로서, 도 1과 같이 백라이트로(1)부터 발생한 광원은 색변환층(3) 및 컬러필터(5)를 통해 광 효율을 직접적으로 증가시킬 수 있다.
색변환층의 조성으로 기존에 염료나 안료가 사용되고 있는데, 이러한 염료 및 안료만으로는 광 효율 향상을 기대하기 어려우며 오히려 휘도가 낮아지는 문제가 발생한다. 이에 색변환층(3)의 물질로서 형광 물질의 사용이 제안되었다.
형광 물질은 백라이트(1)에서 발하는 청색의 광에 의해 여기되고, 상기 청색 광의 파장을 변화시켜 정면 방향으로 광을 출사하여 적색을 띄는 백색광 또는 녹색을 띄는 백색광 등 백색광을 출사하여, 결과적으로 광 효율을 향상시킨다.
형광 물질을 갖는 색변환층에 대한 특허는 다수 출원되고 있으며, 그중 대한민국 특허공개 제2012-0048218호는 백라이트 유닛과 기판 사이에 배치되거나 또는 셔터부 상부에 배치되며 청색 또는 자외선 파장대의 입사광을 소정 파장대의 광으로 변환하는 적어도 하나의 형광 물질을 갖는 광변환부를 갖는 표시장치를 언급하고 있다.
대한민국 특허공개 제2013-0083807호는 광효율을 향상시킬 수 있는 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치를 제안하면서, 이때 광효율 향상을 위해 형광체, 양자점(Quantum Dot)과, 백색 산란체와, 전기발광(Electroluminescence)물질 및 광발광(Photoluminesence) 물질과 같은 색변환 물질을 도입을 제시하고 있다.
일본특허 공개 제2013-077825호는 백색 발광 다이오드(LED)의 휘도를 형상시키기 위해 녹색 발광 형광체로 이루어진 색변환층을 도입하는 방식을 제시하고 있다.
이들 특허들은 형광체 등을 포함하는 색변환층의 도입을 통해 표시장치의 품질 향상을 꾀하고 있는데, 이때 색변환층의 형성 방법을 직접적으로 언급하고 있지 않거나, 언급하더라도 용매에 단순 분산시킨 후 습식 코팅하는 방식을 제시하고 있다.
색변환층은 도 1에 나타낸 바와 같이 컬러필터의 레드(R) 및 그린(G) 화소부에 각각 대응하여 패턴으로 형성될 수 있는데, 이때 색변환층을 위한 수백 마이크론 크기의 형광체는 용매에 용해되지 않고 분산된 상태이므로 미세 패턴의 구현이 어렵고 두께 등의 물성 조절이 용이하지 않다.
더욱이 높은 광 효율을 확보하고자 형광체를 높은 함량으로 사용하게 되는데, 이때 분산액의 안정성이 저하되거나 색변환층 필름의 물성이 오히려 저하되는 문제가 발생한다.
대한민국 특허공개 제2012-0048218호 대한민국 특허공개 제2013-0083807호 일본특허 공개 제2013-077825호
이에 미세 패턴을 용이하게 형성하고 높은 광 효율을 확보하기 위해 다각적으로 연구한 결과, 본 출원인은 형광 염료와 고굴절 재료를 특정 함량으로 사용할 경우 휘도에 영향을 주지 않으면서도 상기 문제점을 해결할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 색변환 특성과 높은 형광 효율을 확보할 수 있는 자발광 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 자발광 감광성 수지 조성물을 포함하는 색변환층을 가져 고품위의 생생한 화질을 구현할 수 있는 표시장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 색변환층 형성을 위한 조성물로서,
형광 염료, 고굴절 재료, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제, 및 용제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 자발광 감광성 수지 조성물로 제조된 색변환층을 포함하는 표시장치를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 컬러필터에 의한 광 효율 저하문제를 해소할 수 있다.
상기 자발광 감광성 수지 조성물로 제조된 색변환층이 도입된 표시장치는 높은 휘도를 유지하고 우수한 색변환 특성과 높은 광 효율을 확보하여 고품위의 생생한 화질을 구현할 수 있다.
도 1은 표시장치 내 색변환층의 역할을 보여주는 모식도
본 발명은 표시장치의 색변환층에 사용 가능한 자발광 감광성 수지 조성물을 제시한다.
색변환층은 컬러필터의 사용으로 인해 야기되는 저하된 광 효율을 향상시키기 위해 상기 컬러필터에 인접하여 위치하고(도 1 참고), 컬러필터의 레드(R), 그린(G) 패턴에 대응하도록 미세 패턴으로 이루어지며, 이때 상기 미세 패턴은 감광성 수지 조성물을 이용하여 형성할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 색변환층의 조성으로 형광 염료와 고굴절 재료를 필수 성분으로 포함하는 감광성 수지 조성물을 제시하며, 상기 형광 염료의 자발 방출에 의한 형광 효율을 전체적인 광 효율 향상을 가져오고, 고굴절 재료는 상기 자발 방출된 형광 효율을 높일 수 있으며, 감광성 수지 조성물로 제조함에 따라 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 잇점을 확보한다.
상기 형광 염료 및 고굴절 재료와 더불어 본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제, 및 용제를 포함한다.
이하 각 조성을 설명한다.
색변환층에 사용하는 형광 염료는 소정의 파장 범위를 갖는 입사광 내 특정 파장 영역의 광을 가시광으로 변환시킬 수 있으며, 형광 특성을 갖는 것이면 본 발명에서 한정하지 않고 어느 것이든 사용 가능하다.
바람직하기로, 사용 가능한 형광 염료는 쿠마린계, 나프탈이미드계, 퀴나크리돈계, 시아닌계, 크산틴계, 피리딘계, 저분자 발광재료, 고분자 발광재료 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용한다.
구체적으로, 상기 형광 염료는 3-(2-벤조티아졸릴)-7-디에틸아미노쿠마린(쿠마린6), 3-(2-벤조이미다졸릴)-7-디에틸아미노쿠마린(쿠마린7), 및 쿠마린135 등을 포함하는 쿠마린계 형광 염료; 솔벤트 옐로(Solvent Yellow)43, 솔벤트 옐로44 등을 포함하는 나프탈이미드계 형광 염료; 디에틸퀴나크리돈(DEQ) 등의 퀴나크리돈계 형광 염료; 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(p-디메틸아미노스티릴)-4H-피란(DCM-1(I)), DCM-2(Ⅱ), DCJTB(Ⅲ) 등을 포함하는 시아닌계 형광 염료; 로다민B, 및 로다민6G 등을 포함하는 크산틴계 형광 염료; 피리딘1을 포함하는 피리딘계 형광 염료; 4,4-디플루오로-1,3,5,7-테트라페닐-4-보라-3a,4a-디아자-s-인다센(Ⅳ), 루모겐 F 레드, 나일 레드(V) 등의 저분자 발광재료; 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리아릴렌(polyarylene), 폴리플루오렌(polyfluorene) 등을 포함하는 고분자 발광재료; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 바람직하기로, 형광 염료로 쿠마린계 형광 염료를 사용하며, 이외 다른 형광 염료와 조합하여 사용시 청색광으로부터 적색광으로의 변환과 같은 파장 시프트 폭이 넓을 경우에 매우 유효하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 형광 염료는 컬러 인덱스(Colour Index)[The Society of Dyers [0119] and Colourists출판]에서 솔벤트(Solvent), 애시드(Acid), 베이직(Basic), 리액티브(reactive), 다이렉트(Direct), 디스펄스(Disperse) 또는 배트(Vat)로 분류되어 있는 염료 등을 들 수 있다. 더욱 구체적으로는 하기와 같은 컬러 인텍스(C.I.) 번호의 염료를 들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
C.I. 솔벤트 옐로우 25, 79, 81, 82, 83, 89;
C.I. 애시드 옐로우 7, 23, 25, 42, 65, 76;
C.I. 리액티브 옐로우 2, 76, 116;
C.I. 다이렉트 옐로우 4, 28, 44, 86, 132;
C.I. 디스펄스 옐로우 54, 76;
C.I. 솔벤트 오렌지 41, 54, 56, 99;
C.I. 애시드 오렌지 56, 74, 95, 108, 149, 162;
C.I. 리액티브 오렌지 16;
C.I. 다이렉트 오렌지 26;
C.I. 솔벤트 레드 24, 49, 90, 91, 118, 119, 122, 124, 125, 127, 130, 132, 160, 218;
C.I. 애시드 레드 73, 91, 92, 97, 138, 151, 211, 274, 289;
C.I. 애시드 바이올렛 102;
C.I. 솔벤트 그린 1, 5;
C.I. 애시드 그린 3, 5, 9, 25, 28;
C.I. 베이직 그린 1;
C.I. 배트 그린 1
이러한 형광 염료는 전체 조성물 100 중량% 내에서 0.1∼10 중량%, 바람직하기로 0.2∼5 중량%로 사용할 수 있다. 이러한 함량은 높은 광 효율 확보와 휘도 저하 문제를 고려하여 선정된 범위로서, 만약 상기 범위 미만이면 광효율을 확보하지 못해 본 발명에서 얻고자 하는 색 변환 특성을 충분히 확보할 수 없고, 반대로 상기 범위를 초과하게 되더라도 더 이상의 광 효율 향상을 기대할 수 없고 고비용으로 인해 색변환 필터의 제작 비용이 증가하기 때문에, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.
상기 형광 염료와 함께 본 발명의 특징이 되는 고굴절 재료는 형광 염료의 형광 효율을 증가시키기 위해 사용한다. 백라이트 유닛의 광원으로부터 조사된 빛은 색변환층에 임계각을 가지면서 입사되는데, 이때 입사된 광이나 형광 염료에 의해 자발 방출되는 자발 방출광은 고굴절 재료와 만나면서 광 추출의 효과로 인하여 빛의 강도가 강해져, 결과적으로 색변환층의 형광 효율을 증가시킨다.
고굴절 재료는 굴절도가 1.7 이상, 바람직하기로 1.7∼3.0 범위면 어느 것이든 사용이 가능하며, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다. 상기 고굴절 재료는 유기 또는 무기 재료 모두 가능하며, 바람직하기로 무기 재료를 사용한다. 대표적으로, ZnO, ZrO2, BaTiO3, Si, SiC, ZnS, AlN, BN, GaTe, AgI, TiO2, SiON, Ta2O5, Ti3O5, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb2O3, SnO, Si3N4, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 필요한 경우 아크릴레이트 등의 불포화 결합을 갖는 화합물로 표면 처리된 재질도 사용 가능하다.
상기 고굴절 재료의 입자는 형광 강도를 충분히 향상시킬 수 있도록 입자 크기 및 전체 조성물 내에서 차이하는 함량을 한정한다.
바람직하기로, 고굴절 재료는 수 nm 내지 수백 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있으며, 바람직하기로 1nm∼500㎛, 더욱 바람직하기로 10nm∼1000nm의 나노 수준의 것을 사용한다. 이때 입자 크기가 너무 작으면 조성물의 제조과정에서 응집이 발생할 수 있고, 이와 반대로 너무 큰 경우에는 조성물 내에 가라 앉거나 균일한 품질의 색변환층 표면을 얻을 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.
또한, 전체 조성물 100 중량% 내에서 0.0001∼50 중량%, 바람직하기로 0.001∼10 중량%로 사용할 수 있다. 만약 고굴절 재료의 함량이 상기 범위 미만이면 상기 얻고자 하는 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과할 경우 더 이상의 형광 효율 증가 효과가 미비할 뿐만 아니라 조성물의 안정성 저하 문제와 함께 오히려 휘도가 저하되는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
이러한 형광 염료 및 고굴절 재료와 함께 본 발명에 따른 자발광 감광성 조성물은 알칼리 가용성 수지를 포함한다.
알칼리 가용성 수지는 광이나 열의 작용에 의한 반응성 및 알칼리 용해성을 가지며 형광 염료의 분산매로서 작용하며, 이는 필터의 제조를 위한 현상 단계에서 사용된 알칼리성 현상액에 용해 가능한 결합제 수지라면 어느 것이든 사용 가능하다.
바람직하기로, 상기 알칼리 가용성 수지는 20 내지 200 (KOH mg/g)의 산가를 갖는 것을 선정하여 사용한다. 산가는 아크릴계 중합체 1g을 중화하는 데 필요한 수산화칼륨의 양(mg)으로서 측정되는 값으로 용해성에 관여한다. 수지의 산가가 상기 범위에 속하게 되면 현상액 중의 용해성이 향상되어 비-노출부가 쉽게 용해되고 감도가 증가하여 결과적으로 노출부의 패턴이 현상시에 남아서 잔막율(film remaining ratio)이 개선되는 이점이 있다.
또한, 상기 알칼리 가용성 수지는 색변환층으로 사용하기 위한 표면 경도 향상을 위해 분자량 및 분자량 분포도(MW/MN)의 한정을 고려할 수 있다. 바람직하기로 중량평균분자량이 3,000 내지 200,000, 바람직하게는 5,000 내지 100,000이 되도록 하고, 분자량 분포도는 1.5 내지 6.0, 바람직하기로 1.8 내지 4.0의 범위를 갖도록 직접 중합하거나 구입하여 사용한다. 상기 범위의 분자량 및 분자량 분포도를 갖는 알칼리 가용성 수지는 이미 언급한 경도가 향상, 높은 잔막율 뿐만 아니라 현상액 중의 비-노출부의 용해성이 탁월하고 해상도를 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지는 카르복실기 함유 불포화 단량체의 중합체, 또는 이와 공중합 가능한 불포화 결합을 갖는 단량체와의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함한다.
이때 카르복실기 함유 불포화 단량체는 불포화 모노카르복실산, 불포화 디카르복실산, 불포화 트리카르복실산 등이 가능하다. 구체적으로, 불포화 모노카르복실산으로서는, 예를 들면 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, α-클로로아크릴산, 신남산 등을 들 수 있다. 불포화 디카르복실산으로서는, 예를 들면 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산, 메사콘산 등을 들 수 있다. 불포화 다가 카르복실산은 산무수물일 수도 있으며, 구체적으로는 말레산 무수물, 이타콘산 무수물, 시트라콘산 무수물 등을 들 수 있다. 또한, 불포화 다가 카르복실산은 그의 모노(2-메타크릴로일옥시알킬)에스테르일 수도 있으며, 예를 들면 숙신산 모노(2-아크릴로일옥시에틸), 숙신산 모노(2-메타크릴로일옥시에틸), 프탈산 모노(2-아크릴로일옥시에틸), 프탈산 모노(2-메타크릴로일옥시에틸) 등을 들 수 있다. 불포화 다가 카르복실산은 그 양말단 디카르복시 중합체의 모노(메타)아크릴레이트일 수도 있으며, 예를 들면 ω-카르복시폴리카프로락톤 모노아크릴레이트, ω-카르복시폴리카프로락톤 모노메타크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 카르복실기 함유 단량체는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다
또한, 카르복실기 함유 불포화 단량체와 공중합이 가능한 단량체는 방향족 비닐 화합물, 불포화 카르복실산 에스테르 화합물, 불포화 카르복실산 아미노알킬에스테르 화합물, 불포화 카르복실산 글리시딜에스테르 화합물, 카르복실산 비닐에스테르 화합물, 불포화 에테르류 화합물, 시안화 비닐 화합물, 불포화 이미드류 화합물, 지방족 공액 디엔류 화합물, 분자쇄의 말단에 모노아크릴로일기 또는 모노메타크릴로일기를 갖는 거대 단량체, 벌키성 단량체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 공중합 가능한 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, o-비닐톨루엔, m-비닐톨루엔, p-비닐톨루엔, p-클로로스티렌, o-메톡시스티렌, m-메톡시스티렌, p-메톡시스티렌, o-비닐벤질메틸에테르, m-비닐벤질메틸에테르, p-비닐벤질메틸에테르, o-비닐벤질글리시딜에테르, m-비닐벤질글리시딜에테르, p-비닐벤질글리시딜에테르, 인덴 등의 방향족 비닐 화합물; 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, n-프로필메타크릴레이트, i-프로필아크릴레이트, i-프로필메타크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, i-부틸아크릴레이트, i-부틸메타크릴레이트, sec-부틸아크릴레이트, sec-부틸메타크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, 3-히드록시프로필아크릴레이트, 3-히드록시프로필메타크릴레이트, 2-히드록시부틸아크릴레이트, 2-히드록시부틸메타크릴레이트, 3-히드록시부틸아크릴레이트, 3-히드록시부틸메타크릴레이트, 4-히드록시부틸아크릴레이트, 4-히드록시부틸메타크릴레이트, 알릴아크릴레이트, 알릴메타크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 페닐아크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트, 2-메톡시에틸메타크릴레이트, 2-페녹시에틸아크릴레이트, 2-페녹시에틸메타크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시프로필렌글리콜아크릴레이트, 메톡시프로필렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜아크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜메타크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 이소보르닐메타크릴레이트, 디시클로펜타디에닐아크릴레이트, 디시클로펜타디에틸메타크릴레이트, 아다만틸(메타)아크릴레이트, 노르보르닐(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필메타크릴레이트, 글리세롤모노아크릴레이트, 글리세롤모노메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 에스테르; 2-아미노에틸아크릴레이트, 2-아미노에틸메타크릴레이트, 2-디메틸아미노에틸아크릴레이트, 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 2-아미노프로필아크릴레이트, 2-아미노프로필메타크릴레이트, 2-디메틸아미노프로필아크릴레이트, 2-디메틸아미노프로필메타크릴레이트, 3-아미노프로필아크릴레이트, 3-아미노프로필메타크릴레이트, 3-디메틸아미노프로필아크릴레이트, 3-디메틸아미노프로필메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 아미노알킬에스테르 화합물; 글리시딜아크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 글리시딜에스테르 화합물; 아세트산 비닐, 프로피온산 비닐, 부티르산 비닐, 벤조산 비닐 등의 카르복실산 비닐에스테르 화합물; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르, 알릴글리시딜에테르 등의 불포화 에테르 화합물; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴, 시안화 비닐리덴 등의 시안화 비닐 화합물; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, α-클로로아크릴아미드, N-2-히드록시에틸아크릴아미드, N-2-히드록시에틸메타크릴아미드 등의 불포화 아미드류; 말레이미드, 벤질말레이미드, N-페닐말레이미드. N-시클로헥실말레이미드 등의 불포화 이미드 화합물; 1,3-부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌 등의 지방족 공액 디엔류; 및 폴리스티렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리-n-부틸아크릴레이트, 폴리-n-부틸메타크릴레이트, 폴리실록산의 중합체 분자쇄의 말단에 모노아크릴로일기 또는 모노메타크릴로일기를 갖는 거대 단량체류; 비유전 상수값을 낮출수 있는 노르보닐 골격을 갖는 단량체, 아다만탄골격을 갖는 단량체, 로진 골격을 갖는 단량체 등의 벌키성 단량체가 사용 가능하다.
이러한 알칼리 가용성 수지는 전체 조성물 100 중량% 내에서 5∼85 중량%, 바람직하기로 7∼50 중량%로 사용할 수 있다. 이러한 함량은 현상액에 대한 용해도와, 패턴 형성 등을 다각적으로 고려하여 선정된 범위로서, 상기 범위 내에서 사용할 경우 현상액에 대한 용해성이 충분하여 패턴 형성이 용이하며, 현상시에 노광부의 화소 부분의 막감소가 방지되어 비화소 부분의 누락성이 양호해진다.
광중합성 화합물은 광중합 개시제의 작용으로 중합할 수 있는 화합물로서, 단관능 단량체, 2관능 단량체, 그 밖의 다관능 단량체 등을 사용할 수 있다.
단관능 단량체의 구체예로는 노닐페닐카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-에틸헥실카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, N-비닐피롤리돈 등을 들 수 있다. 2관능 단량체의 구체예로는 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 구체예로서는 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 중에서 2관능 이상의 다관능 단량체가 바람직하게 사용된다.
이러한 광중합성 화합물은 전체 조성물 100 중량% 내에서 1∼50 중량%, 바람직하기로 4∼20 중량%로 사용할 수 있다. 이러한 화소부의 강도나 평활성이 양호하게 되는 경향 등을 다각적으로 고려하여 선정된 범위로서, 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 강도 및 평활성이 부족하고, 반대로 상기 범위를 초과할 경우 높은 강도로 인해 패터닝이 용이하지 않은 문제가 발생하므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
광중합 개시제는 상기 광중합성 화합물의 중합을 개시하기 위한 화합물로 바람직하기로 본 발명에서는 아세토페논계 화합물을 사용한다.
아세토페논계 화합물은 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[4-(1-메틸비닐)페닐]프로판-1-온의 올리고머 등이 가능하고, 이들 중 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온이 바람직하게 사용 가능하다.
본 발명에 따른 광중합 개시제는 자발광 감광성 수지 조성물이 고감도화되어 노출 시간을 단축시키고, 이로 인하여 생산성이 향상됨과 동시에 높은 해상도를 유지할 수 있도록 그 함량을 조절한다. 바람직하기로, 상기 광중합 개시제는 전체 조성물 내에서 0.1∼40 중량%, 바람직하기로 0.5∼30 중량%로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 중합 속도가 너무 느리고, 반대로 상기 범위를 초과할 경우 과도한 반응에 의해 가교 반응이 지나서 도막의 물성이 오히려 저하될 수 있기 때문에, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
상기 아세토페논계 광중합 개시제는 추가로 다른 광중합 개시제 또는 광중합 개시 보조제를 조합하여 사용 가능하다.
조합 가능한 광중합 개시제는 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 벤조인 이소부틸 에테르, 벤질디메틸케탈 등을 포함하는 벤조인계 화합물; 벤조페논, 벤조일 안식향산, 벤조일 안식향산 메틸, 4-페닐 벤조페논, 히드록시 벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4,4'-비스(디메틸 아미노)벤조페논, 4,4'-비스(디에틸 아미노) 벤조페논 등을 포함하는 벤조페논계 화합물; 2,4,6-트리클로로-s-트리아진, 2-페닐-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(3',4'-디메톡시 스티릴)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(4'-메톡시 나프틸)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(p-메톡시 페닐)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(p-트릴)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-비페닐-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 비스(트리클로로 메틸)-6-스티릴-s-트리아진, 2-(나프토 1-일)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(4-메톡시 나프토 1-일)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2,4-트리클로로 메틸(피페로닐)-6-트리아진, 2,4-트리클로로 메틸(4'-메톡시 스티릴)-6-트리아진 등을 포함하는 트리아진계 화합물; 티옥산손, 2-클로로 티옥산손, 2,4-디에틸 티옥산손, 2-메틸 티옥산손, 2-이소프로필 티옥산 등의 유황 화합물; 2-에틸 안트라퀴논, 옥타메틸 안트라퀴논, 1,2-벤즈 안트라퀴논, 2,3-디페닐 안트라퀴논 등의 안트라퀴논계 화합물; 아조비스 이소부틸 니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 쿠멘 퍼옥사이드 등의 유기 과산화물; 2-메르캅토벤족사졸이나 2-메르캅토벤토시아졸 등의 티올류 화합물이 가능하다.
상기 조합 가능한 광중합 개시제는 아세토페논계 광중합 개시제 1 중량부에 대해 0.1∼0.5의 중량부 범위로 사용이 가능하다.
광중합 개시 보조제는 중합 효율을 높이기 위해 사용할 수 있으며, 아민계 화합물, 알콕시안트라센계 화합물, 및 티옥산톤계 화합물 등이 가능하다.
아민계 화합물로는 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 4-디메틸아미노벤조산메틸, 4-디메틸아미노벤조산에틸, 4-디메틸아미노벤조산이소아밀, 벤조산2-디메틸아미노에틸, 4-디메틸아미노벤조산 2-에틸헥실, N,N-디메틸파라톨루이딘, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤즈페논(통칭, 미힐러즈케톤), 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(에틸메틸아미노)벤조페논 등을 들 수 있으며, 이 중에서도 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논이 바람직하다. 또한, 알콕시안트라센계 화합물로는, 예를 들면, 9,10-디메톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디메톡시안트라센, 9,10-디에톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디에톡시안트라센 등을 들 수 있다. 티옥산톤계 화합물로는, 예를 들면, 2-이소프로필티옥산톤, 4-이소프로필티옥산톤, 2,4-디에틸티옥산톤, 2,4-디클로로티옥산톤, 1-클로로-4-프로폭시티옥산톤 등을 들 수 있다. 상기 광중합 개시 보조제는 직접 제조하거나 시판되는 것을 구입하여 사용이 가능하며, 일례로 상품명 「EAB-F」[제조원: 호도가야가가쿠고교가부시키가이샤] 시리즈 등을 사용할 수 있다.
이러한 광중합 개시 보조제는 광중합 개시제 1몰당 통상적으로 10몰 이하, 바람직하게는 0.01 내지 5몰의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위 내에서 광중합 개시 보조제를 사용할 경우 중합 효율을 높여 생산성 향상 효과를 기대할 수 있다.
용제는 상기 언급한 바의 조성을 용해 또는 분산시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 사용하며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 대표적으로 알킬렌글리콜 모노알킬에테르류, 알킬렌글리콜 알킬에테르아세테이트류, 방향족 탄화수소류, 케톤류, 저급 및 고급 알코올류, 환상 에스테르류 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 용제로서 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜 모노프로필에테르, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르 등의 알킬렌글리콜 모노알킬에테르류; 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 디에틸렌글리콜디알킬에테르류; 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노프로필에테르아세테이트, 메톡시부틸아세테이트 및 메톡시펜틸아세테이트 등의 알킬렌글리콜 알킬에테르아세테이트류; 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소류; 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥사놀, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 알코올류; 3-에톡시프로피온산 에틸, 3-메톡시프로피온산 메틸 등의 에스테르류; γ-부티로락톤 등의 환상 에스테르류 등을 들수 있다.
상기의 용제 중, 도포성, 건조성면에서 바람직하게는 상기 용제 중에서 비점이 100℃ 내지 200℃인 유기 용제를 들 수 있고, 보다 바람직하게는 알킬렌글리콜 알킬에테르아세테이트류, 케톤류, 3-에톡시프로피온산 에틸이나, 3-메톡시프로피온산 메틸 등의 에스테르류를 들 수 있으며, 더욱 바람직하게는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 시클로헥사논, 3-에톡시프로피온산 에틸, 3-메톡시프로피온산 메틸 등을 들 수 있다. 이들 용제(E)는 각각 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 용제는 전체 조성물 100 중량%를 만족하도록 잔부로 사용할 수 있다. 이러한 함량은 조성의 분산 안정성 및 제조 공정에서의 공정 용이성(예, 도포성)을 고려하여 선정된 범위이다. 다시 말하면, 본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 습식 코팅에 의해 색변환 필터를 제조할 수 있으며, 이때 습식 코팅 방법으로 롤 코터, 스핀 코터, 슬릿 앤드 스핀 코터, 슬릿 코터(다이 코터라고도 하는 경우가 있음), 잉크젯 등의 도포 장치가 사용될 수 있다.
추가로, 본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 다양한 목적으로 인해 공지의 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 이러한 첨가제로는 충진제, 다른 고분자 화합물, 안료 분산제, 밀착 촉진제, 산화방지제, 자외선 흡수제, 응집 방지제 등의 첨가제를 병행하는 것도 가능하다. 이들 첨가제는 1종 또는 2종 이상이 가능하며, 광 효율 등을 고려하여 전체 조성물 내에서 1 중량% 이하로 사용하는 것이 바람직하다.
충진제로는 유리, 실리카, 알루미나 등이 가능하고, 다른 고분자 화합물로서는 에폭시 수지, 말레이미드 수지 등의 경화성 수지, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌글리콜 모노알킬에테르, 폴리플루오로알킬아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등의 열가소성 수지 등을 들 수 있다.
안료 분산제로서는 시판되는 계면 활성제를 이용할 수 있고, 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 활성제로서, 예를 들면 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌알킬페에테르류, 폴리에틸렌글리콜 디에스테르류, 소르비탄 지방상 에스테르류, 지방산 변성 폴리에스테르류, 3급아민 변성 폴리우레탄류, 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), 서플(Surflon)(이상, 아사히 글라스㈜ 제조), 솔스퍼스(SOLSPERSE)(제네까㈜ 제조), EFKA(EFKA 케미칼스사 제조), PB 821(아지노모또㈜ 제조) 등을 들 수 있다.
밀착 촉진제로서, 예를 들면 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
산화 방지제로서는 구체적으로 2,2'-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀 등을 들 수 있다.
자외선 흡수제로서는 구체적으로 2-(3-tert-부틸-2-히드록시-5-메틸페닐)-5-클로로벤조티리아졸, 알콕시벤조페논 등이 가능하며, 응집 방지제로서는 구체적으로 폴리아크릴산 나트륨 등을 들 수 있다.
전술한 바의 자발광 감광성 조성물의 제조는 본 발명에서 특별히 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 감광성 조성물의 제조방법을 따른다.
이러한 자발광 감광성 조성물은 표시장치, 바람직하기로 별도의 광원이 요구되는 액정표시장치의 색변환층으로 바람직하게 적용이 가능하다.
색변환층으로의 도입은 코팅 후 포토리쏘그래피 방법을 통해 패터닝하여 컬러필터의 R, G에 대응하는 패턴을 형성할 수 있다. 포토리쏘그래피 방법은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며 감광성 수지 조성물을 이용한 공지의 방법이면 어느 것이든 적용 가능하다.
일례로, 패터닝된 색변환층은
a) 자발광 감광성 조성물을 기판 표면에 도포하는 단계;
b) 프리큐어에 의해 용매를 건조하는 단계(프리 베이크);
c) 얻어진 피막 위에 포토 마스크를 대어 활성 광선을 조사해 노광부를 경화시키는 단계;
d) 알칼리 수용액을 이용하여 미노광부를 용해하는 현상 공정을 수행하는 단계; 및
e) 건조 및 포스트 베이크를 수행하는 단계를 거쳐 얻을 수 있다.
상기 기판은 유리 기판이나 폴리머 판이 사용된다. 유리 기판으로서는, 특히 소다 석회 유리, 바륨 스트론튬 함유 유리, 납유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨 붕규산 유리 또는 석영 등이 바람직하게 사용할 수 있다. 또 폴리머 판으로서는, 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르 설파이드 또는 폴리 설폰 등을 들 수 있다.
이때 도포는 원하는 두께를 얻을 수 있도록 롤 코터, 스핀 코터, 슬릿 앤드 스핀 코터, 슬릿 코터(다이 코터라고도 하는 경우가 있음), 잉크젯 등의 도포 장치를 이용한 습식 코팅 방법이 가능하다.
프리 베이크는 오븐, 핫 플레이트 등에 의해 가열함으로써 행해진다. 프리 베이크에 있어서의 가열 온도 및 가열 시간은 사용하는 용제에 따라 적의 선택 되어 예를 들면, 80 내지 150℃의 온도로 1 내지 30분간 행해진다.
또 프리 베이크 후에 행해지는 노광은, 노광기에 의해 행해져 포토 마스크를 통하여 노광함으로써 패턴에 대응한 부분만을 감광시킨다. 이때 조사하는 빛은, 예를 들면, 가시광선, 자외선, X선 및 전자선 등이 가능하다.
노광 후의 알칼리 현상 비노광 부분의 제거되지 않는 부분의 레지스터를 제거하는 목적으로 행해져 이 현상에 의해 원하는 패턴이 형성된다.이 알칼리 현상에 적합한 현상액으로서는, 예를 들면 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속의 탄산염의 수용액 등을 사용할 수 있다. 특히, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산 리튬등의 탄산염을 1∼3 중량%를 함유하는 미만 알칼리 수용액을 이용하여 10∼50℃, 바람직하게는 20∼40℃의 온도 내에서 현상기 또는 초음파 세정기 등을 이용하여 수행한다.
포스트 베이크는 패터닝 된 색변환층과 기판과의 밀착성을 높이기 위해서 수행하며, 80∼220℃에서 10∼120 분의 조건으로 열처리를 통해 이루어진다. 포스트 베이크 프리 베이크와 같게, 오븐, 핫 플레이트 등을 이용하여 수행한다.
이러한 방법을 통해 얻어지는 색변환층은 높은 휘도를 유지하고 우수한 색변환 특성과 높은 광 효율을 확보할 수 있도록 충분한 크기, 수 내지 수천 마이크로미터, 바람직하기로 0.1∼100㎛, 더욱 바람직하기로 1∼50㎛의 두께로 형성한다.
상기 색변환층은 광원과 컬러필터 사이 중이면 어느 위치건 간에 가능하며, 광원/색변환층/컬러필터의 구성을 기본으로 하되, 색변환층이 컬러필터와 직접적으로 접하거나 다른 막 또는 기판이 삽입된 구조로서도 도입이 가능하다.
이때 광원은 LED, 냉음극관, 무기 EL, 유기 EL 형광등 또는 백열등 등이 이용되지만, 바람직하기로 LED를 광원으로 하는 액정 표시장치가 가능하다.
이러한 광원 및 색변환층을 구비하는 표시장치는 높은 휘도를 유지하고 우수한 색변환 특성과 높은 광 효율을 확보하여 고품위의 생생한 화질을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다. 또한, 이하에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 질량 기준이다.
제조예 1: 알칼리 가용성 수지 A의 제조
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하로트 및 질소 도입관을 구비한 플라스크를 준비하고, 한편, 모노머 적하로트로서, 벤질말레이미드 74.8g(0.20몰), 아크릴산 43.2g(0.30몰), 비닐톨루엔 118.0g(0.50몰), t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 4g, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 40g를 투입 후 교반 혼합하여 준비하고, 연쇄 이동제 적하조로서, n-도데칸티올 6g, PGMEA 24g를 넣고 교반 혼합한 것을 준비하였다.
이후 플라스크에 PGMEA 395g를 도입하고 플라스크 내 분위기를 공기에서 질소로 한 후 교반하면서 플라스크의 온도를 90℃까지 승온하였다. 이어서 모노머 및 연쇄 이동제를 적하로트로부터 적하를 개시하였다. 적하는 90℃를 유지하면서, 각각2h 동안 진행하고 1h 후에 110℃로 승온하여 3h 유지한 뒤, 가스 도입관을 도입시켜, 산소/질소=5/95(v/v) 혼합가스의 버블링을 개시했다.
이어서, 글리시딜메타크릴레이트 28.4g[(0.10몰), (본 반응에 사용한 아크릴산의카르복실기에 대하여 33몰%)], 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 0.4g, 트리에틸아민 0.8g를 플라스크 내에 투입하여 110℃에서 8시간 반응을 계속하고, 고형분 산가가 70㎎KOH/g인 수지 A를 얻었다.
GPC에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량은 16,000이고, 분자량 분포(Mw/Mn)는 2.3이었다.
제조예 2: 알칼리 가용성 수지 B의 제조
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하로트 및 질소 도입관을 구비한 플라스크에 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 182g을 도입하여, 플라스크 내 분위기를 공기에서 질소로 한 후, 100℃로 승온 후 벤질메타크릴레이트70.5g(0.40몰), 메타크릴산 45.0g(0.50몰), 이소사이클릭 골격의 모노메타크릴레이트 44.5g(0.10몰) 및 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 136g을 포함하는 혼합물에 아조비스이소부티로니트릴 3.6g을 첨가한 용액을 적하로트로부터 2시간에 걸쳐 플라스크에 적하하여 100℃에서 5시간 더 교반을 계속하였다.
이어서, 플라스크 내 분위기를 질소에서 공기로 하고, 글리시딜메타크릴레이트 30g[0.2몰, (본 반응에 사용한 메타크릴산의카르복실기에 대하여 40몰%)], 트리스디메틸아미노메틸페놀 0.9g 및 히드로퀴논 0.145g을 플라스크 내에 투입하여 110℃에서 6시간 반응을 계속하고, 고형분 산가가 99㎎KOH/g인 수지 B를 얻었다.
GPC에 의해 측정한 폴리스티렌환산의 중량 평균 분자량은 28,000이고, 분자량 분포(Mw/Mn)는 2.2이었다.
제조예 3: 알칼리 가용성 수지 C의 제조
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하로트 및 질소 도입관을 구비한 플라스크에 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 182g을 도입하여, 플라스크 내 분위기를 공기에서 질소로 한 후, 100℃로 승온 후 벤질메타크릴레이트70.5g(0.40몰), 메타크릴산 45.0g(0.50몰), 2-(2-메틸)아다만틸메타크릴레이트 22.0g(0.10몰) 및 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 136g을 포함하는 혼합물에 아조비스이소부티로니트릴 3.6g을 첨가한 용액을 적하로트로부터 2시간에 걸쳐 플라스크에 적하하여 100℃에서 5시간 더 교반을 계속하였다.
이어서, 플라스크 내 분위기를 질소에서 공기로 하고, 글리시딜메타크릴레이트 30g[0.2몰, (본 반응에 사용한 메타크릴산의카르복실기에 대하여 40몰%)], 트리스디메틸아미노메틸페놀 0.9g 및 히드로퀴논 0.145g을 플라스크 내에 투입하여 110℃에서 6시간 반응을 계속하고, 고형분 산가가 99㎎KOH/g인 수지 C를 얻었다.
GPC에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량은 23,000이고, 분자량 분포(Mw/Mn)는 2.3이었다.
상기 수지의 중량평균분자량(Mw) 및 수평균 분자량(Mn)의 측정에 대해서는 GPC법을 이용하여 하기 조건으로 수행하였고, 이때 얻어진 각 수치의 비를 분자량 분포(Mw/Mn)로 하였다.
장치 : HLC-8120GPC(도소㈜ 제조)
칼럼 : TSK-GELG4000HXL + TSK-GELG2000HXL(직렬 접속)
칼럼 온도 : 40℃
이동상 용제 :테트라히드로퓨란
유속 : 1.0 ㎖/분
주입량 : 50 ㎕
검출기 : RI
측정 시료 농도 : 0.6 질량%(용제 = 테트라히드로퓨란)
교정용 표준 물질 : TSK STANDARD POLYSTYRENE F-40, F-4, F-1, A-2500, A-500(도소㈜ 제조)
실시예 1∼8 내지 비교예 1∼5 : 색변환층 제조
혼합기에 용제를 첨가 후 여기에 염료, 고굴절 재료에 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 및 광중합 개시제를 첨가하고, 교반을 통해 균일하게 혼합하여 자발광 감광성 수지 조성물을 제조하였다. 이때 조성물은 하기 표 1의 조성을 따른다.
상기 얻어진 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅법으로 유리 기판 위에 도포한 다음, 가열판 위에 놓고 100℃의 온도에서 3분간 유지하여 박막을 형성시켰다.
이어서 상기 박막 위에 자외선을 조사하였다. 이때, 자외선광원은 우시오 덴끼㈜제의 초고압 수은 램프(상품명 USH-250D)를 이용하여 대기 분위기하에 40mJ/㎠의 노광량(365㎚)으로 광조사하였으며, 특별한 광학 필터는 사용하지 않았다.
상기 자외선이 조사된 박막을 pH 12.5의 KOH 수용액 현상 용액에 스프레이 현상기를 이용하여 60초 동안 현상 후 220℃의 가열 오븐에서 20분 동안 가열하여 패턴을 제조하였다. 상기에서 제조된 색변환층의 두께는 3.0㎛으로 형성하였다.
조성 (중량%) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
염료
 형광염료A1) 0.4 - - 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
형광염료B2) - 0.4 - - - - - -
형광염료C3 ) - - 0.4 - - - - -
안료4 ) - - - - - - - -
고굴절 재료 TiO2 5 ) 0.53 0.53 0.53 0.01 10.0 - 0.53 0.53
ZnO6 ) - - - - - 0.53 - -
저굴절 재료 SiO2 7 ) - - - - - - - -
알칼리 가용성 수지 수지 A8) 8.90 8.90 8.90 8.90 8.90 8.90 - -
수지 B9) - - - - - - 8.90 -
수지 C10 ) - - - - - - - 8.90
광중합성 화합물 Kayarad DPHA11 ) 9.06 9.06 9.06 9.06 9.06 9.06 9.06 9.06
광중합 개시제 Irgacure 36912) 0.89 0.89 0.89 0.89 0.89 0.89 0.89 0.89
EAB-F13) 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36
용매 PGMMEA14 ) 잔부 잔부 잔부 잔부 잔부 잔부 잔부 잔부
1) 루모겐(Lumogen)F 레드
2) 로다민(Rhodamine) B
3) 쿠마린6
4) LX-SERIES(현대 캐미칼 제품)
5) 굴절율: 2.7
6) 굴절율: 2.0
7: 굴절율: 1.45
8) 제조예 1에서 제조된 수지
9) 제조예 2에서 제조된 수지
10) 제조예 3에서 제조된 수지
11) 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트, 닛본 카야꾸(주) 제품
12) 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온, Ciba Specialty Chemical사 제품
13) 4,4'-디(N,N'-디메틸아미노)-벤조페논, 호도가야 카가쿠(주) 제품
14) 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트
조성 (중량%) 비교예 1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
염료
 형광염료A1) - 0.4 - - 0.4
형광염료B2) - - 0.4 - -
형광염료C3 ) - - 0.4 -
안료4 ) 0.4 - - - -
고굴절 재료 TiO2 5 ) - - - -
ZnO6 ) - - - - -
저굴절 재료 SiO2 7 ) - - - - 0.53
알칼리 가용성 수지 수지 A8) 8.90 8.90 8.90 8.90 -
수지 B9) - - - - 8.90
수지 C10 ) - - - - -
광중합성 화합물 Kayarad DPHA11 ) 9.06 9.06 9.06 9.06 9.06
광중합 개시제 Irgacure 36912) 0.89 0.89 0.89 0.89 0.89
EAB-F13) 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36
용매 PGMMEA14 ) 잔부 잔부 잔부 잔부 잔부
1) 루모겐(Lumogen)F 레드
2) 로다민(Rhodamine) B
3) 쿠마린6
4) LX-SERIES(현대 캐미칼 제품)
5) 굴절율: 2.7
6) 굴절율: 2.0
7: 굴절율: 1.45
8) 제조예 1에서 제조된 수지
9) 제조예 2에서 제조된 수지
10) 제조예 3에서 제조된 수지
11) 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트, 닛본 카야꾸(주) 제품
12) 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온, Ciba Specialty Chemical사 제품
13) 4,4'-디(N,N'-디메틸아미노)-벤조페논, 호도가야 카가쿠(주) 제품
14) 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트
실험예 1: 색변환층의 발광 강도 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 색변환층의 형광 효율 증가 여부를 확인하기 위해, 양자효율 측정기(QE-1000, 오츠카사제)를 이용하여 발광 PL을 측정하였다. 얻어진 결과는 하기 표 3에 나타내었으며, 이때 측정된 발광 강도가 높을수록 형광 효율이 높음을 의미한다.
발광 강도 (λmax : 500)
실시예 1 10,000
실시예 2 8,000
실시예 3 30,000
실시예 4 8,000
실시예 5 18,000
실시예 6 9,000
실시예 7 10,000
실시예 8 11,000
비교예 1 4,000
비교예 2 3,500
비교예 3 2,500
비교예 4 9,000
비교예 5 3,500
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 형광 염료와 고굴절 재료를 동시에 사용할 경우 형광 효율이 높아짐을 알 수 있다.
그러나 비교예 1, 2와 같이 형광 염료대신 안료를 사용한 경우에서는 발광 효율 수치가 매우 낮았으며, 이러한 경향은 다른 비교예에서도 동일하게 나타났다.
본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 표시장치의 색변환층으로 도입되어 높은 수준의 색재현성 및 휘도를 유지하여 고품위의 생생한 화질을 구현할 수 있다.
1: 기판 3: 색변환층 5: 컬러필터

Claims (17)

  1. 색변환층 형성을 위한 조성물로서,
    형광 염료, 고굴절 재료, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제, 및 용제를 포함하는
    자발광 감광성 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 자발광 감광성 수지 조성물은 전체 조성물 100 중량%를 만족하도록,
    형광 염료 0.1∼10 중량%,
    고굴절 재료 0.001∼50 중량%,
    알칼리 가용성 수지 5∼85 중량%,
    광중합성 화합물 1∼50 중량%,
    광중합 개시제 0.1∼40 중량%, 및
    잔부로 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 형광 염료는 쿠마린계, 나프탈이미드계, 퀴나크리돈계, 시아닌계, 크산틴계, 피리딘계, 저분자 발광재료, 고분자 발광재료 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 고굴절 재료는 굴절률이 1.7∼3.0인 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 고굴절 재료는 ZnO, ZrO2, BaTiO3, Si, SiC, ZnS, AlN, BN, GaTe, AgI, TiO2, SiON, Ta2O5, Ti3O5, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb2O3, SnO, Si3N4, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 고굴절 재료는 평균 입경이 1nm∼500㎛인 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 20 내지 200 (KOH mg/g)의 산가를 갖는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 중량평균분자량이 3,000 내지 200,000인 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 카르복실기 함유 불포화 단량체의 중합체, 또는 이와 공중합 가능한 불포화 결합을 갖는 단량체와의 공중합체 및 이들로 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 카르복실기 함유 불포화 단량체는 불포화 모노카르복실산, 불포화 디카르복실산, 불포화 트리카르복실산, 및 이들로 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 공중합이 가능한 단량체는 방향족 비닐 화합물, 불포화 카르복실산 에스테르 화합물, 불포화 카르복실산 아미노알킬에스테르 화합물, 불포화 카르복실산 글리시딜에스테르 화합물, 카르복실산 비닐에스테르 화합물, 불포화 에테르류 화합물, 시안화 비닐 화합물, 불포화 이미드류 화합물, 지방족 공액 디엔류 화합물, 분자쇄의 말단에 모노아크릴로일기 또는 모노메타크릴로일기를 갖는 거대 단량체, 벌키성 단량체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 광중합성 화합물은 노닐페닐카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-에틸헥실카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, N-비닐피롤리돈, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A의 비스(아크릴로일옥시에틸)에테르, 3-메틸펜탄디올디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 광중합 개시제는 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[4-(1-메틸비닐)페닐]프로판-1-온의 올리고머 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 아세토페논계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 자발광 감광성 수지 조성물은 추가로 벤조인계 화합물, 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 유황 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 유기 과산화물, 티올류 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 광중합 개시 보조제를 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 용제는 알킬렌글리콜 모노알킬에테르류, 알킬렌글리콜 알킬에테르아세테이트류, 방향족 탄화수소류, 케톤류, 저급 및 고급 알코올류, 환상 에스테르류, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 자발광 감광성 수지 조성물은 충진제, 다른 고분자 화합물, 안료 분산제. 밀착 촉진제, 자외선 흡수제, 응집 방지제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
  17. 기판 상부에 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 따른 자발광 감광성 수지 조성물로 제조된 색변환층을 포함하는 표시장치.
KR1020140129192A 2014-09-26 2014-09-26 자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 색변환층을 포함하는 표시장치 KR102201361B1 (ko)

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