KR20160046723A

KR20160046723A - 잉크젯용 자외선 경화성 잉크, 이를 이용한 베젤의 제조방법, 이에 따라 제조한 배젤 패턴 및 이를 포함하는 디스플레이 기판

Info

Publication number: KR20160046723A
Application number: KR1020150140722A
Authority: KR
Inventors: 유재현; 최국현; 김준형
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2016-04-29
Also published as: KR101703166B1

Abstract

본 발명은 a)기판에 잉크젯용 자외선 경화성 잉크를 잉크젯 프린팅하여 베젤이 형성된 기판을 제조하는 단계; b)상기 베젤이 형성된 기판을 오븐 또는 핫 플레이트 내에서 열처리하여 경화수축을 제거하는 단계; 및 c)상기 베젤에 자외선을 조사하여 경화된 베젤을 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯용 자외선 경화성 잉크를 이용한 베젤의 제조방법에 관한 것이다.

Description

잉크젯용 자외선 경화성 잉크, 이를 이용한 베젤의 제조방법, 이에 따라 제조한 배젤 패턴 및 이를 포함하는 디스플레이 기판{UV CURABLE INK FOR INKJET, METHOD FOR MANUFACTURING A BEZEL USING THE SAME, A BEZEL PATTERN USING THE SAME METHOD AND DISPALY PANEL COMPRISING THE BEZEL PATTERN}

본 발명은 잉크젯용 자외선 경화성 잉크, 이를 이용한 베젤의 제조방법, 이에 따라 제조한 배젤 패턴 및 이를 포함하는 디스플레이 기판에 관한 것이다.

터치패널 베젤(bezel) 형성 공정은 기존에는 대부분 스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 진행되어 왔다. 그러나, 스크린 프린팅 방식으로는 일정 수준의 OD(Optical Density)를 얻기 위해서는 2도 이상의 인쇄를 요구하며, 그 결과 두께 10㎛ 수준의 베젤이 기판에 형성되고 여기에 전극을 형성하면, 베젤과 기판의 경계면에서 단선 발생의 가능성 등이 존재한다.

따라서, 잉크젯 프린팅 방식으로 베젤을 형성하는 시도가 이루어지고 있다. 잉크젯 프린팅 방식은 자외선 경화 또는 열경화 방식으로 원하는 패턴을 비접촉 방식으로 단시간 내에 형성할 수 있으며, 잉크젯 드롭(drop)의 도트(dot) 간격을 조절하여 1회 패턴으로 제품의 OD 달성이 가능하다는 장점이 있다.

현재, 대부분의 베젤은 강화유리 위에 인쇄되고 있으나 강화유리를 대체하기 위한 필름이나 다양한 기재에 베젤을 인쇄하기 위해서는 기존 강화유리에 사용되었던 고온의 열 경화방식은 적용하기 어렵기 때문에 자외선 경화방식의 베젤 형성 방법이 필요하다.

그러나, 자외선 경화 잉크로 인쇄한 후 경화했을 때 경화수축이 발생할 수 있는데, 경화수축은 베젤의 표면을 거칠게 할뿐만 아니라 표면경도 및 부착력을 상당히 떨어뜨리므로 이로 인해 제품의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

KR 2013-0132322 A JP 5488175 B2

상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 자외선 경화 잉크로 인쇄한 후 경화했을 때 발생하는 경화수축을 방지하는 잉크젯용 자외선 경화성 잉크를 이용한 베젤의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 a)기판에 잉크젯용 자외선 경화성 잉크를 잉크젯 프린팅하여 베젤이 형성된 기판을 제조하는 단계; b)상기 베젤이 형성된 기판을 오븐 또는 핫 플레이트 내에서 열처리하여 경화수축을 제거하는 단계; 및 c)상기 베젤에 자외선을 조사하여 경화된 베젤을 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯용 자외선 경화성 잉크를 이용한 베젤의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 안료 분산액, 다관능 모노머, 부착력 증진제, 바인더 용액 및 광개시제를 포함하는 잉크젯용 자외선 경화형 잉크 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 디스플레이 기판의 베젤 패턴을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 베젤 패턴을 포함하는 디스플레이 기판을 제공한다.

본 발명에 따르면 잉크젯용 자외선 경화성 잉크를 이용하여 베젤을 제조함에 있어 UV 경화 잉크로 인쇄 후 바로 경화할 경우에 발생하는 경화수축을 억제함으로써, 제조되는 베젤은 베젤 성능으로 요구되는 광학밀도 (O.D.) 4 이상, 표면경도 4H 이상, 부착력 5B 등을 나타낼 수 있다.

도 1 은 실시예 1, 도 2는 실시예 2, 도 3은 실시예 3, 도 4는 실시예 4, 도 5는 비교예 1, 도 6은 비교예 2, 도 7은 비교예 3, 도 8은 비교예 4, 도 9는 비교예 5, 도 10은 비교예 6, 그리고 도 11은 비교예 7에 따라 제조한 베젤의 각각의 사진이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 베젤의 제조방법은 a)기판에 잉크젯용 자외선 경화성 잉크를 잉크젯 프린팅하여 베젤이 형성된 기판을 제조하는 단계; b)상기 베젤이 형성된 기판을 오븐 또는 핫 플레이트 내에서 열처리하여 경화수축을 제거하는 단계; 및 c)상기 베젤에 자외선을 조사하여 경화된 베젤을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 기판으로 유리, 필름, 종이, 플라스틱 등의 다양한 기재를 사용할 수 있다.

기판에 자외선 경화성 잉크를 인쇄 후 바로 경화하면 경화수축이 발생할 수 있다. 경화수축은 베젤의 표면을 거칠게 할뿐만 아니라 베젤의 성능으로서 요구되는 표면경도 및 부착력을 상당히 떨어뜨릴 수 있다.

따라서 본 발명의 베젤의 제조방법은 잉크젯 프린팅 후 열처리하여 경화수축을 억제하는 단계를 포함한다.

잉크젯 프린팅은 비접촉식 패터닝 기술로 수십㎛의 drop을 원하는 위치에 형성하여 패턴을 제작할 수 있으며, 다른 인쇄기술과는 달리 잉크소모가 적고, 공정 수를 획기적으로 줄일 수 있다는 장점이 있다.

상기 열처리 공정은 오븐 또는 핫 플레이트(Hot plate)에서 실시할 수 있다.

열처리 공정을 오븐에서 실시하는 경우, 잉크젯용 자외선 경화성 잉크는 경화 전에 오븐(oven) 내에서 90~110℃, 120~180초 조건으로 열처리되어 경화수축이 제거되어 베젤(bezel) 성능이 우수해질 수 있다.

오븐 열처리 공정을 80℃ 이하에서 실시할 경우 경화수축이 제거되는데 300s 이상의 긴 시간이 필요하고, 120℃ 이상에서 실시할 경우 잉크가 넘치면서 인쇄품질이 떨어지는 문제가 발생한다.

열처리 공정을 핫 플레이트(Hot plate)에서 실시하는 경우, 핫 플레이트 공정은 오븐 공정보다 열손실로 인해 비교적 긴 열처리 시간이 필요하다. 잉크젯용 자외선 경화성 잉크는 경화 전 핫 플레이트 열처리 공정을 통해 100~120℃, 5~10분의 조건에서 경화수축이 제거되어 베젤 성능이 우수해질 수 있다. 핫 플레이트 열처리 온도가 120℃를 초과하면 필름 등의 기재에 손상을 줄 수 있고 100℃ 미만은 열처리에 긴 시간이 소요될 수 있다.

상기 c)단계에서 경화된 베젤의 두께는 1 ㎛ ~ 8 ㎛일 수 있으며, 필요에 따라, 2 ㎛ ~ 6 ㎛일 수 있다. 이 경우 베젤 위로 투명전극을 형성하면 베젤과 커버 윈도우의 두께 단차 및 테이퍼 각도가 낮아 전극패턴이 단선되지 않는 장점이 있다.

상기 경화된 베젤의 광학밀도는 4 내지 6이며, 필요에 따라, 4 내지 5일 수 있다. 이 경우 베젤패턴에 의한 차폐특성이 우수한 장점이 있다. 광학밀도가 6을 초과할 경우에는 UV 경화 감도 저하를 야기할 수 있으며, 이 광학밀도를 실현하기 위해서는 투입되는 차광재료의 함량이 증가되어 패턴 형성이 어려워질 수 있다.

또한, 상기 경화된 베젤은 베젤 성능으로 요구되는 표면경도 4H 이상, 부착력 5B 등을 나타낼 수 있다

본 발명에서 베젤은 시계, 디스플레이 장치 등 각종 장치의 테두리부분에 형성되는 패턴을 말한다.

본 발명에서는 잉크젯용 자외선 경화성 잉크로 안료 분산액, 다관능 모노머, 부착력 증진제, 바인더 용액 및 광개시제를 포함하는 잉크젯용 자외선 경화형 잉크 조성물을 이용한다.

상기 안료 분산액은 카본 블랙(Carbon black) 안료, 분산제 및 제1 반응성 모노머를 포함한다.

본 발명의 잉크 조성물에 포함되는 상기 카본 블랙 안료로는 당업계에 알려진 1종 이상의 안료 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 카본 블랙 안료는 상기 안료 분산액의 총 중량에 대하여 10 ~ 30 중량%로 포함된다. 또한, 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 5 ~ 40 중량%로 포함된다.

상기 분산제로는 고분자형, 비이온성, 음이온성, 또는 양이온성 분산제를 사용할 수 있으며, 그 예로는 폴리알킬렌글리콜 및 이의 에스테르, 폴리옥시알킬렌 다가알콜, 에스테르알킬렌 옥사이드 부가물, 알코올알킬렌옥사이드 부가물, 설폰산 에스테르, 설폰산염, 카르복실산에스테르, 카르복실산염, 알킬아미드알킬렌옥사이드 부가물, 또는 알킬아민 등이 있다. 이들은 단독으로 첨가하거나 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 분산제의 함량은 상기 안료 분산액의 총 중량에 대하여 2 ~ 6 중량%로 포함된다.

상기 제1 반응성 모노머는 자외선 경화형 잉크 조성물에 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으나, 예를 들면 관능성기가 2 또는 3개인 것이 바람직하다. 본 발명에는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 히드록시피발레이트(neopentylglycol hydroxypivalate, HPNDA), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate: TMPTA), 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 트리메틸렌프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리스톨 트리아크릴레이트, 트리메틸렌 프로필 트리아크릴레이트, 프로폭시레이티드 글리세롤 트리아크릴레이트 등을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제1 반응성 모노머의 함량은 상기 안료 분산액의 총 중량에 대하여 65 ~ 85 중량%로 포함된다.

상기 안료 분산액은 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 50 ~ 65 중량%로 포함된다.

상기 부착력 증진제는 부착력을 향상하기 위한 단관능 모노머일 수 있다.

상기 부착력 증진제는 2-히드록시에틸 아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate, 2-HEA), 히드록시프로필 아크릴레이트(hydroxypropyl acrylate, HPMA), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, 2-HEMA) 및 히드록시프로필 메타크릴레이트(hydroxypropyl methacrylate, HPMA)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 모노머일 수 있다. 바람직하게는 2-히드록시에틸 아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate, 2-HEA)의 모노머일 수 있다.

상기 부착력 증진제는 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 5 ~ 25 중량%, 보다 바람직하게는 10 ~ 15 중량%로 포함된다.

상기 바인더 용액은 에폭시계 수지와 제2 반응성 모노머로 구성된다.

상기 에폭시계 수지는 기재와 인쇄층의 부착력 및 표면경도를 조절할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 상기 에폭시계 수지는 바인더 용액의 총 중량에 대하여 10 ~ 40 중량%로 포함된다.

상기 제2 반응성 모노머로 아크릴레이트계 모노머를 사용할 수 있다.

상기 제2 반응성 모노머는 아크릴레이트계 모노머로서 히드록시에틸 아크릴레이트(HEA), 히드록시에틸메타크릴레이트(HEMA), 헥산디올디아크릴레이트(HDDA), 네오펜틸글리콜 히드록시피발레이트(neopentylglycol hydroxypivalate, HPNDA) 및 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(TPGDA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.

상기 아크릴레이트계 모노머는 바인더 용액의 총 중량에 대하여 60 ~ 90 량%로 포함된다.

상기 바인더 용액은 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 5 ~ 20 중량%로 포함된다.

상기 바인더 용액은, 에폭시계 수지: 제2 반응성 모노머의 함량 비율이 중량%로 20:80 내지 30:70일 수 있다.

다관능 모노머로는 예를 들면 관능성기가 4 내지 6 이상인 것이 바람직하며, 상기 관능성기의 예로는 아크릴레이트, 카르복시기 등을 들 수 있으며, 상기 다관능 모노머는 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트(DPHA) 및 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트(DPPA) 중 적어도 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 다관능 모노머는 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 1 ~ 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 광개시제는 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 0.1 ~ 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 잉크 조성물은 추가로 중합억제제, 계면활성제 등의 첨가제를 잔량 포함할 수 있다.

상기 자외선 경화형 잉크 조성물은 잉크젯 프린팅 직후 짧은 시간 내에 퍼짐이 일어나서, 우수한 도막 특성을 나타내며, 경화되어 우수한 접착 특성을 나타낸다. 따라서, 상기 자외선 경화형 잉크 조성물을 적용시에는 잉크젯 프린팅과 동시에 경화가 가능하도록 잉크젯 헤드 바로 뒤에 UV-lamp를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 자외선 경화형 잉크 조성물은 경화 도즈량이 1~20,000 mJ/㎠, 바람직하게는 1,000~10,000 mJ/㎠이다.

상기 자외선 경화형 잉크 조성물은 360 nm 내지 410 nm의 파장 범위의 자외선을 흡수하여 경화된다.

상기 자외선 경화형 잉크 조성물은 일 예로 25℃에서 1cP 내지 50cP, 더욱 바람직하게는 공정 온도에서 2cP 내지 20cP 이하의 점도를 가짐으로써 잉크젯 공정에 적합하다.

상기 자외선 경화형 잉크 조성물은 기재에 대한 접착력 및 코팅성이 우수하다.

상기 자외선 경화성 잉크 조성물을 경화시키기 위한 광원으로는, 예컨대 파장이 250 내지 450㎚의 광을 발산하는 수은 증기 아크(arc), 탄소 아크, Xe 아크, LED 경화기 등이 있으나 반드시 이에 국한되지는 않는다.

본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 디스플레이 기판용 베젤 패턴을 제공한다. 본 발명에서 베젤패턴은 시계, 디스플레이 장치 등 각종 장치의 테두리부분에 형성되는 패턴을 말한다.

본 발명의 베젤 제조방법에 의하여 제조된 베젤은, 광학밀도(OD, Optical Density)가 4 내지 6, 필요에 따라, 4 내지 5일 수 있다. 본 발명에 따른 베젤은, 상기와 같은 광학밀도를 갖기 때문에, 베젤패턴에 의한 차폐특성이 우수한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 베젤 제조방법에 의하여 제조된 베젤은, 본 발명의 자외선 경화성 잉크 조성물을 이용하여, 본 발명의 베젤 제조방법에 의하여 제조되기 때문에, 베젤 성능으로 요구되는 표면경도 5H 이상, 부착력 5B 등을 나타낼 수 있다.

상기 디스플레이는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor- Liquid Crystal Display, LCD-TFT) 및 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT) 중 어느 하나에 사용되는 것일 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 범위 및 그 치환 및 변경을 포함하며, 실시예의 범위로 한정되지 않는다.

<자외선 경화형 잉크 조성물의 제조>

전체 잉크 조성물 총 중량에 대하여 안료분산액 60 중량%(Carbon black 20 중량%, 분산제 4 중량%, TMPTA 76 중량%), 부착력 증진제로서 2-hydroxyethyl acrylate 15 중량%, 에폭시계 수지 PD7610 2 중량% 및 제2 반응성 모노머 HPNDA 5.9 중량%, 다관능 모노머로서 DPHA 10 중량%, 광개시제로서 Irgacure 907 5 중량% 및 ITX 2 중량%, 및 중합억제제 MEHQ(monomethylether hydroquinone) 0.05 중량% 및 계면활성제 BYK-307 0.05 중량%를 혼합하였으며, 상기 혼합물을 6시간 동안 교반하여 자외선 경화형 잉크 조성물을 제조하였다.

<실시예 1>

상기 조성물을 세정된 LCD 글라스 기판에 경화 후에 두께가 5㎛가 되도록 잉크젯 프린팅으로 인쇄하였다. 이어 기판을 오븐에 넣고 100℃로 120초 간 열처리 한 후 자외선을 조사하여 경화함으로써 베젤을 제조하였다. 자외선 조사기는 395nm 파장의 UV-LED 램프를 사용하였으며, 조도는 UVV 기준 4,000mW/㎝, 1회 이송 당 2,000mJ/cm²의 광량으로 경화가 완료될 때까지 반복하여 노광하였다. UV 램프의 조도 측정은 EIT 사의 power puck-2를 이용하여 UV-LED 램프에서 10mm 위치의 값을 측정하였다. 매 조사 후 베젤 패턴의 경화 여부를 판별하기 위해 라텍스 장갑을 착용한 후, 눌러보아 압흔 및 tack감을 관찰하였다.

<실시예 2>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 열처리 조건을 100℃, 180초로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<실시예 3>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 기판을 핫 플레이트(Hot plate)에 넣고 100℃, 10분 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<실시예 4>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 기판을 핫 플레이트에 넣고 120℃, 5분 열처리한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<비교예 1>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 열처리를 하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<비교예 2>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 열처리 조건을 80℃, 180초로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<비교예 3>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 열처리 조건을 100℃, 60초로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<비교예 4>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 열처리 조건을 120℃, 60초로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<비교예 5>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 기판을 핫 플레이트에 넣고 100℃, 5분 열처리한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<비교예 6>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 기판을 핫 플레이트에 넣고 100℃, 7분 열처리한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<비교예 7>

잉크젯 프린팅 후 자외선 경화 전 기판을 핫 플레이트에 넣고 120℃, 3분 열처리한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 베젤을 제조하였다.

<실험예 1>: 경화수축유무 평가

상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 7에서 제조한 베젤 패턴에 대해 경화수축유무에 관한 외관 평가 실험을 진행하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

×: 경화수축 제거됨

○: 경화수축이 발생함

실시예1

실시예2

실시예3

실시예4

비교예1

비교예2

비교예3

비교예4

비교예5

비교예6

비교예7

열처리

오븐

○

-

○

-

핫 플레이트

-

○

-

○

경화수축

OK

NG

실험 결과, 실시예 1 내지 4의 베젤은 자외선 조사 전 열처리 공정을 통해 경화수축이 제거되었으나, 열처리 공정을 거치지 않은 비교예 1 내지 7의 베젤은 경화수축이 발생하였다. 특히 비교예 4의 베젤은 높은 온도로 인해 잉크가 넘치면서 인쇄품질이 저하되었다.

<실험예 2>: 표면경도 및 부착력 측정

상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 7에서 제조한 베젤 패턴에 대해 표면경도, 부착력 및 광학 밀도(OD) 측정 실험을 수행하여 그 결과를 표 2에 나타냈다.

상기 표면경도 측정은 연필경도계로 측정하였으며, 긁기각도 45도, 하중 500g 조건에서 측정하였다 (규격: ASTM D3363).

부착력 측정은 cross cut test을 실시하여 측정하여 0B~5B로 평가하였다(규격: ASTM D3359).

광학 밀도 측정은, x-rite 341C로 평가하였다.