KR20160060904A

KR20160060904A - 자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 컬러필터 및 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치

Info

Publication number: KR20160060904A
Application number: KR1020140163085A
Authority: KR
Inventors: 김주호; 왕현정
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-05-31
Also published as: JP6984993B2; TW201626104A; KR101879016B1; JP2021119226A; JP2016098375A; CN105629661A; TWI684829B; CN105629661B

Abstract

본 발명은 자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 컬러필터를 포함하는 화상표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양자점, 산란입자, 광중합성 화합물, 광중합 개시제, 알칼리 가용성 수지 및 용제를 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 컬러필터를 포함하는 화상표시장치에 관한 것이다.
상기 조성을 포함하는 컬러필터는 종래 컬러필터의 광효율 저하를 해소하고, 이를 화상표시장치에 도입시 우수한 색재현 특성 및 높은 광효율을 유지하며 다양한 색표현을 확보하여 고품위의 생생한 화질을 구현할 수 있다.

Description

자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 컬러필터 및 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치{SELF EMISSION TYPE PHOTOSENSITIVE RESIN COMPOSITION, COLOR FILTER MANUFACTURED USING THEREOF AND IMAGE DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 우수한 색재현 특성과 높은 광효율을 확보하여 고품위의 화질을 구현할 수 있는 자발광 감광성 수지 조성물, 이로부터 제조된 컬러필터 및 화상표시장치에 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 얇고 가벼우면서 우수한 해상력과 저전력 소모 등의 장점이 있어서 거의 모든 산업에서 사용되는 화상표시장치로 널리 이용되고 있으며, 앞으로도 큰 시장 확대가 예상된다.

LCD는 광원으로부터 발생한 백색광이 액정셀을 통과하면서 투과율이 조절되고 적색, 녹색, 청색의 컬러필터를 투과해 나오는 3원색이 혼합되어 풀칼라를 구현한다.

컬러필터는 백색광에서 적색, 녹색 및 청색의 3가지 색을 추출하여 미세한 화소단위로 가능하게 하는 박막 필름형 광학부품으로서 한 화소의 크기가 수십에서 수백 마이크로미터 정도이다. 이러한 컬러필터는 각각의 화소 사이의 경계부분을 차광하기 위해서 투명 기판 상에 정해진 패턴으로 형성된 블랙 매트릭스 층 및 각각의 화소를 형성하기 위해 복수의 색(통상적으로, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B))의 3원색을 정해진 순서로 배열한 화소부가 차례로 적층된 구조를 취하고 있다.

따라서 컬러필터는 LCD에서 색을 표현하는 핵심적인 부품으로 평판디스플레이의 보급과 함께 노트북PC, 모니터, 휴대단말 등 폭넓은 용도로 채용되어 왔다. 보다 생생한 화질 구현과 타 디스플레이와의 품질 우위를 위해서 고색순도, 고투과 및 저반사형 컬러필터 제조기술이 활발히 연구되고 있다.

일반적으로 컬러필터는 안료 분산법, 전착법, 인쇄법, 염색법, 전사법, 잉크젯 방식 등에 의하여 3종 이상의 색상을 투명 기판상에 코팅하여 제조한다. 최근에는 품질, 정도, 성능면에서 우수한 안료 분산형의 감광성 수지를 이용한 안료 분산법이 주류를 이룬다.

컬러 필터를 구현하는 방법 중의 하나인 안료 분산법은 흑색 매트릭스가 제공된 투명한 기질 위에 착색제를 비롯하여 알칼리 가용성 수지, 광중합 단량체, 광중합 개시제, 에폭시 수지, 용제, 기타 첨가제를 포함하는 감광성 수지 조성물을 코팅하고, 형성하고자 하는 형태의 패턴을 노광한 후, 비노광 부위를 용제로 제거하여 열경화시키는 일련의 과정을 반복함으로써 착색 박막을 형성하는 방법으로, 휴대폰, 노트북, 모니터, TV 등의 LCD를 제조하는 데 활발하게 응용되고 있다.

안료는 용제에 녹지 않고 미세한 입자상태로 존재하기 때문에 최근에 요구되는 더 선명하고 더 다양한 색상을 표시하기에는 한계점에 도달했다. 반면, 염료는 안료보다 색 특성이 우수하여 안료를 염료로 대체하고자 하는 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 염료도 빛이나 용제들에 대한 내구성이 떨어지기 때문에 이를 개선하는 것과 염료가 용제에 녹긴 하지만 컬러필터 생산에 사용되는 용제에 대한 충분한 용해도를 확보하는 것 등의 문제점이 남아있다.

또한 염료나 안료를 착색제로 이용하는 경우, 광원의 투과 효율을 저하시키는 문제를 야기한다. 상기 투과 효율의 저하는 결과적으로 화상표시장치의 색재현성을 낮추게 되어 결국 고품질의 화면 구현을 어렵게 한다.

이에 우수한 패턴 특성 뿐만 아니라 보다 다양한 색상 표현, 높은 색재현율과 함께 고휘도 및 고명암비 등 더욱 향상된 성능이 요구에 따라 염료나 안료 대신 자체 발광하는 양자점의 사용이 제안되었다.

양자점은 광원에 의해 자체 발광하며 가시광선 및 적외선 영역의 광을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 양자점은 벌크 여기자 보어 반지름(bulk exciton Bohr radius)보다 더 작은, 1 ㎚ 내지 20 ㎚의 직경을 통상적으로 갖는 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅵ 재료들의 작은 결정들이다. 양자 구속 효과(quantum confinement effect)들로 인해, 양자점의 전자 상태들 사이의 에너지 차이들은 양자점의 조성 및 물리적 크기 양측 모두의 함수이다. 따라서, 양자점의 광학 및 광전자 특성들은, 양자점의 물리적 크기를 변화시킴으로써 튜닝 및 조정될 수 있다. 양자점은 흡수 개시(onset) 파장보다 더 짧은 파장들을 흡수하고, 흡수 개시 파장에서 광을 방출한다. 양자점의 발광 스펙트럼들의 대역폭은, 온도 의존성 도플러 확장(Doppler broadening), 하이젠베르크 불확정성 원리(Heisenberg Uncertainty Principle) 및 양자점의 크기 분포와 관련된다. 주어진 양자점에 있어서, 양자점의 방출 대역은 크기를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 따라서, 양자점은 통상의 염료나 안료를 이용하여 도달불가한(unattainable) 색들의 범위를 생성할 수 있다.

그러나 양자점은 나노 수준의 크기로 인해 본질적으로 비산란 입자이다. 따라서 광이 양자점이 포함된 컬러필터를 통과할 때 다른 염료나 안료 경우보다 훨씬 더 짧은 광학 경로를 갖는다. 컬러필터의 두께가 충분치 않은 이상 대부분의 빛이 양자점에 의해 흡수된다. 이에 컬러필터의 두께를 조절하거나 양자점의 농도를 증가시키거나 산란입자를 도입 등의 방법이 제안되고 있는데 이 중 두께나 농도를 조절하는 경우 색 균일성의 측면에서 문제점이 발생한다.

이에 컬러필터에 산란입자를 도입하는 방식에 있어서, 대한민국 특허공개 제2010-0037283호는 양자점이 포함된 색 변환 매개층과 별도로 유기 소재로 이루어진 산란 입자를 포함하는 광 확산층을 갖는 액정 표시 장치를 언급하고 있다. 이 경우 추가의 층 구현에 의해 공정이 번거로워지고, 두께가 증가하는 문제가 발생한다.

대한민국 특허공개 제2014-0109327호는 무기 소재로 이루어진 산란 입자를 양자점이 포함된 층에 함께 포함하는 조명 디바이스를 제시하고 있다. 이때 사용하는 산란입자는 그 크기가 수 내지 수백 마이크로미터(㎛) 수준으로 입자 크기가 매우 커서 도막 품질이 저하되는 문제가 발생한다. 특히 산란입자의 크기가 수백 마이크로미터(㎛)인 경우 도막의 두께는 적어도 이를 일정하게 분산시킬 수 있는 두께가 되어야 하므로, 전체적인 컬러필터의 두께 상승을 가져온다.

이들 특허들은 양자점과 산란입자를 사용하여 컬러필터의 광효율 향상을 꾀하고 있는데 다층 구조를 취하거나 사용하는 산란입자의 평균입경이 마이크로미터(㎛) 수준이어서 그 효과 또한 충분치 않다.

대한민국 특허공개 제2010-0037283호 대한민국 특허공개 제2014-0109327호

이에 미세 패턴 형성이 용이하고 높은 색재현율 및 광효율을 확보하기 위해 다각적으로 연구한 결과, 본 출원인은 양자점과 함께 수백 나노미터 수준의 산란입자를 특정 함량으로 사용할 경우, 휘도에 영향을 주지 않으면서도 상기 문제점을 해결할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 우수한 색재현 특성과 높은 광효율을 확보할 수 있는 자발광 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 상기 자발광 수지 조성물을 포함하는 컬러필터를 가져 고품위의 생생한 화질을 구현할 수 있는 화상표시장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 자발광 감광성 수지 조성물로서,

양자점, 산란입자, 광중합성 화합물, 광중합 개시제, 알칼리 가용성 수지 및 용제를 포함하고,

상기 산란입자는 평균입경이 30 내지 1000 ㎚인 금속산화물인 것을 특징으로 한다.

이때 상기 금속산화물은 Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Mo, Cs, Ba, La, Hf, W, Tl, Pb, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Ti, Sb, Sn, Zr, Nb, Ce, Ta, In 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속을 포함하는 산화물인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 자발광 감광성 수지 조성물로 제조된 컬러필터 및 이를 포함하는 화상표시장치를 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 컬러필터에서의 광효율 저하문제를 해소할 수 있다.

상기 자발광 감광성 수지 조성물를 이용한 컬러필터는 미세패턴 형성이 우수하며 상기 컬러필터가 도입된 화상표시장치는 고휘도를 유지하고 우수한 색재현 특성과 높은 광효율을 확보하여 생생한 화질을 구현할 수 있다.

도 1은 화상표시장치 내 컬러필터의 역할을 보여주는 모식도이다.

본 발명은 화상표시장치의 컬러필터에 사용 가능한 자발광 감광성 수지 조성물을 제시한다.

특히, 본 발명에서는 컬러필터의 조성으로 양자점과 산란입자를 필수 성분으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물을 제시하며, 상기 양자점은 색상을 나타내는 광이 자발 방출되므로 색재현 특성이 우수하고, 수백 나노수준의 평균입경을 가지는 산란입자을 통해 자발 방출된 광의 경로를 증가시켜 컬러필터에서의 전체적인 광효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 자발광 감광성 수지 조성물로 컬러필터의 화소픽셀을 제조함에 따라 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 잇점을 확보한다.

상기 양자점 및 산란입자와 더불어 본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 광중합성 화합물, 광중합 개시제, 알칼리 가용성 수지 및 용제를 포함한다.

이하 각 조성을 설명한다.

양자점은 나노 크기의 반도체 물질이다. 원자가 분자를 이루고, 분자는 클러스터라고 하는 작은 분자들의 집합체를 구성하여 나노 입자를 이루는데, 이러한 나노 입자들이 특히 반도체 특성을 띠고 있을 때 이를 양자점이라고 한다. 양자점은 외부에서 에너지를 받아 들뜬 상태에 이르면, 자체적으로 해당하는 에너지 밴드갭에 따른 에너지를 방출한다.

본 발명에 따른 양자점은 광에 의한 자극으로 발광할 수 있는 양자점이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 II-VI족 반도체 화합물; III-V족 반도체 화합물; IV-VI족 반도체 화합물; IV족 원소 또는 이를 포함하는 화합물; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 II-VI족 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 상기 III-V족 반도체 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 상기 IV-VI족 반도체 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 상기 IV족 원소 또는 이를 포함하는 화합물은 Si, Ge, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 원소 화합물; 및 SiC, SiGe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 양자점은 균질한(homogeneous) 단일 구조; 코어-쉘(core-shell), 그래디언트(gradient) 구조 등과 같은 이중 구조; 또는 이들의 혼합구조일 수 있다.

상기 코어-쉘(core-shell)의 이중 구조에서, 각각의 코어(core)와 쉘(shell)을 이루는 물질은 상기 언급된 서로 다른 반도체 화합물로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 코어는 CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe, CdSeTe, CdZnS, PbSe, AgInZnS 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 쉘은 CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, TiO, SrSe 및 HgSe으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

통상의 컬러필터 제조에 사용되는 착색 감광성 수지 조성물이 색상 구현을 위해 적, 녹, 청의 착색제를 포함하듯이, 본 발명의 양자점도 적색을 나타내는 양자점, 녹색을 나타내는 양자점 및 청색을 나타내는 양자점로 분류될 수 있으며, 본 발명에 따른 양자점은 전술한 적색, 녹색, 청색 및 이들의 조합에서 선택된 1종일 수 있다.

상기 양자점은 습식 화학 공정(wet chemical process), 유기금속 화학증착 공정 또는 분자선 에피텍시 공정에 의해 합성될 수 있다.

상기 습식 화학 공정은 유기용제에 전구체 물질을 넣어 입자들을 성장시키는 방법이다. 결정이 성장될 때 유기용제가 자연스럽게 양자점 결정의 표면에 배위되어 분산제 역할을 하여 결정의 성장을 조절하게 되므로, 상기 유기금속 화학증착(MOCVD, metal organic chemical vapor deposition)이나 분자선 에피택시(MBE, molecular beam epitaxy)와 같은 기상증착법보다 더 쉽고 저렴한 공정을 통하여 나노 입자의 성장을 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 양자점의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 자발광 감광성 수지 조성물 100 중량% 중 3 내지 80 중량%, 바람직하게는 5 내지 70 중량%로 포함될 수 있다. 이때 함량이 3 중량% 미만이면 발광 효율이 미미할 수 있고, 80 중량% 초과이면 상대적으로 다른 조성의 함량이 부족하여 화소 패턴을 형성하기 어려운 문제가 있다.

상기 양자점과 함께 본 발명의 특징이 되는 산란입자는 컬러필터의 광효율 을 증가시키기 위해 사용한다. 광원으로부터 조사된 빛은 컬러필터에 임계각을 가지면서 입사되는데, 이때 입사된 광이나 양자점에 의해 자발 방출되는 자발 방출광은 산란입자와 만나면서 광경로 증가로 인하여 발광 세기가 강해져, 결과적으로 컬러필터의 광효율을 증가시킨다.

상기 산란입자는 통상의 무기 재료 모두 가능하며, 바람직하기로 금속산화물을 사용한다.

상기 금속산화물은 Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Mo, Cs, Ba, La, Hf, W, Tl, Pb, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Ti, Sb, Sn, Zr, Nb, Ce, Ta, In 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속을 포함하는 산화물이 가능하다.

구체적으로 Al₂O₃, SiO₂, ZnO, ZrO₂, BaTiO₃, TiO₂, Ta₂O₅, Ti₃O₅, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb₂O₃, SnO, MgO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 필요한 경우 아크릴레이트 등의 불포화 결합을 갖는 화합물로 표면 처리된 재질도 사용 가능하다.

상기 산란입자는 컬러필터의 발광 세기를 충분히 향상시킬 수 있도록 평균입경 및 전체 조성물 내에서 함량을 한정한다.

바람직하기로, 산란입자는 10 내지 1000 nm의 평균입경을 가질 수 있으며, 바람직하기로 100 내지 500 nm 범위인 것을 사용한다. 이때 입자 크기가 너무 작으면 양자점으로부터 방출된 빛의 충분한 산란 효과를 기대할 수 없고, 이와 반대로 너무 큰 경우에는 조성물 내에 가라 앉거나 균일한 품질의 자발광층 표면을 얻을 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.

또한, 자발광 감광성 수지 조성물 100 중량% 내에서 0.1 내지 50 중량%를 사용할 수 있으며, 바람직하기로 0.5 내지 30 중량%로 사용할 수 있다. 만약 산란입자의 함량이 상기 범위 미만이면 얻고자 하는 발광 세기를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과할 경우 더 이상의 발광 세기 증가 효과가 미비할 뿐만 아니라 조성물의 안정성 저하 문제가 발생하므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.

이러한 양자점 및 산란입자와 함께 본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 광중합성 화합물을 포함한다.

본 발명의 자발광 감광성 수지 조성물에 함유되는 광중합성 화합물은 광 및 후술하는 광중합 개시제의 작용으로 중합할 수 있는 화합물로서, 단관능 단량체, 2관능 단량체, 그 밖의 다관능 단량체 등을 들 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, 에톡실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 하기 화학식 1 및 2와 같이 수산기 혹은 카르복시산기를 가진 디펜타에리트리톨(폴리)아크릴레이트 등을 들 수 있다.

(상기 화학식 1에서, R₁은 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이고, R₂는 수소, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기이다.)

(상기 화학식 2에서, R₃내지 R₅는 서로 같거나 다르며, 각각 OH, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기 또는 -OR₇이다. 이때, R₃내지 R₅ 중 적어도 하나는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이고 R₇은

이다. R₆은 -C(=O)CH₂CH₂C(=O)OH이다. R₈ 및 R₉는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이고 R₁₀은 수소, 아크릴로일기, 메타크릴로일기 또는 -C(=O)CH₂CH₂C(=O)OH이다.)

본 발명의 광중합성 화합물은 이들 중에서 2관능 이상의 다관능 단량체가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하기로는, 카르복시산기 함유 5관능 광중합성 화합물을 사용할 수 있다.

5관능 이상의 광중합성 화합물을 사용하는 경우 화소 패턴의 형성이 더욱 우수하다. 특히, 카르복시산기가 함유된 5관능 광중합성 화합물의 경우엔 양자점의 입자 응집에 따른 발광 특성의 저하가 없고, 광 반응성이 우수하여 발광성이 우수한 화소 패턴을 형성할 수 있다.

상기 광중합성 화합물의 함량은 자발광 감광성 수지 조성물 100 중량%에 대해서 통상 5 내지 70 질량%, 바람직하게는 10 내지 60 질량%의 범위에서 사용된다. 이때 상기 광중합성 화합물이 전술한 함량 범위로 사용되는 경우, 광원에 대해 화소패턴의 형성이 용이하기 때문에 바람직하다. 만약 함량이 5 질량% 미만이면 광에 의한 광경화도가 저하되어 화소패턴의 형성이 어렵게 되고, 반대로 70 질량%를 초과하면 패턴박리의 문제가 발생하는 문제가 있다.

광중합 개시제는 상기 광중합성 화합물의 중합을 개시하기 위한 화합물로 제한되지 않으나 트리아진계 화합물, 아세토페논계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 옥심 화합물 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 화합물이다.

상기 광중합 개시제를 함유하는 자발광 감광성 수지 조성물은 고감도이고, 이 조성물을 사용하여 형성되는 컬러필터의 화소픽셀은 그 화소부의 강도나 패턴성이 양호해진다.

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.

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, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.

(상기 화학식 3에서, R₁ 내지 R₄는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, OH, 탄소수 1 내지 12의 알킬기로 치환되거나 비치환된 페닐기, 탄소수 1 내지 12의 알킬기로 치환되거나 비치환된 벤질기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬기로 치환되거나 비치환된 나프틸기이다.)

상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 구체예로는 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 화합물로는, 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 사용된다.

상기 옥심 화합물로는, 하기의 화학식 4 내지 6으로 나타낸다.

이에 더해서 본 발명의 효과를 손상하지 않는 경우, 통상 사용되고 있는 광중합 개시제를 추가로 사용할 수 있다. 예를 들면 벤조인계 화합물, 벤조페논계 화합물, 티오크산톤계 화합물, 안트라센계 화합물, 그 밖의 광중합 개시제 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.

벤조인계 화합물로서는, 예를 들면, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르 등을 들 수 있다.

벤조페논계 화합물로는, 예를 들면 벤조페논, 0-벤조일벤조산 메틸, 4-페닐 벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐술피드, 3,3',4,4'-테트라(tert-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 2,4,6-트리메틸벤조페논, 4,4'-디(N,N'-디메틸아미노)-벤조페논 등을 들 수 있다.

티오크산톤계 화합물로는, 예를 들면 2-이소프로필티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디클로로티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등을 들 수 있다.

안트라센계 화합물로는, 예를 들면 9,10-디메톡시안트라센, 2-에틸-9,10- 디메톡시안트라센, 9,10-디에톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디에톡시안트라센 등을 들 수 있다.

그 밖의 광중합 개시제로는 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥시드, 10-부틸-2-클로로아크리돈, 2-에틸안트라퀴논, 벤질, 9,10-페난트렌퀴논, 캄포퀴논, 페닐클리옥실산 메틸, 티타노센 화합물 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 광중합 개시제에 광중합 개시 보조제를 병용하면, 이들을 함유하는 자발광 감광성 수지 조성물이 더욱 고감도가 되어 컬러필터를 형성할 때의 생산성이 향상되므로 바람직하다.

사용 가능한 광중합 개시 보조제로는 아민 화합물, 카르복실산 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.

아민 화합물의 구체예로는 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 트리이소프로판올아민 등의 지방족 아민 화합물, 4-디메틸아미노벤조산 메틸, 4-디메틸아미노벤조산 에틸, 4-디메틸아미노벤조산 이소아밀, 4-디메틸아미노벤조산 2-에틸헥실, 벤조산 2-디메틸아미노에틸, N,N-디메틸파라톨루이딘, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논(통칭 : 미힐러 케톤), 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논 등의 방향족 아민 화합물을 들 수 있다. 아민 화합물로서는 방향족 아민 화합물이 바람직하게 사용된다.

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.

이러한 광중합 개시제의 함량은 전체 조성물 100 중량% 내에서 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 15 중량%이며, 광중합 개시 보조제의 함량은 상기의 기준으로, 광중합 개시제 100 중량부 대비 통상 1 내지 200 중량부, 바람직하게는 10 내지 100 중량부이다.

상기 광중합 개시제의 함량이 상기의 범위에 있으면 자발광 감광성 수지 조성물이 고감도화되어 화소부의 강도나, 이 화소부 표면에서의 평활성이 양호하게 되는 경향이 있기 때문에 바람직하다. 또한, 광중합 개시 보조제의 함량이 상기의 범위에 있으면 자발광 감광성 수지 조성물의 감도 효율성이 더욱 높아지고, 이 조성물을 사용하여 형성되는 컬러필터의 생산성이 향상되는 경향이 있기 때문에 바람직하다.

알칼리 가용성 수지는 광이나 열의 작용에 의한 반응성 및 알칼리 용해성을 가지며, 이는 컬러필터의 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 컬러필터로 사용하기 위한 표면 경도 향상을 위해 분자량 및 분자량 분포도(MW/MN)의 한정을 고려할 수 있다. 바람직하기로 중량평균분자량이 3,000 내지 200,000 Da, 바람직하게는 5,000 내지 100,000 Da이 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 수지의 함량은 전체 조성물 100 중량% 내에서 5 내지 80 중량%, 바람직하게는 10 내지 70 중량%로 포함될 수 있다. 알칼리 가용성 수지의 함량이 5 내지 80 중량% 범위 내인 경우, 현상액에의 용해성이 충분하여 패턴형성이 용이하며, 현상시에 노광부의 화소 부분의 막 감소가 방지되어 비화소 부분의 누락성이 양호해진다.

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-부티롤락톤 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.

본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 습식 코팅에 의해 컬러필터를 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.

본 발명은 전술한 자발광 감광성 수지 조성물로 제조된 컬러필터를 제공한다.

본 발명의 컬러필터는 화상표시장치에 적용되는 경우에, 광원의 광에 의해 자체 발광하며 산란입자를 통해 광경로를 증가시키기 때문에, 보다 뛰어난 광효율을 구현할 수 있다. 또한, 색상을 가진 광이 방출되는 것이므로 색 재현성이 보다 우수하고, 광루미네선스에 의해 전 방향으로 광이 방출되므로 시야각도 개선될 수 있다.

특히, 컬러필터에 별도의 산란입자를 포함하는 층을 형성하는 방식이 아니라, 하나의 층에 양자점, 산란입자를 동시에 포함하여 하나의 층을 이루므로 공정의 간소화 뿐만 아니라 컬러필터의 박막화를 달성할 수 있다.

상기 컬러필터는 기판 및 상기 기판의 상부에 형성된 패턴층을 포함한다.

상기 기판은 컬러필터 자체 기판일 수 있으며, 또는 디스플레이 장치 등에 컬러필터가 위치되는 부위일 수도 있는 것으로, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 유리, 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiO_x) 또는 고분자 기판이 사용될 수 있다. 구체적으로 고분자 기판은 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 등일 수 있다.

상기 패턴층은 본 발명의 자발광 감광성 수지 조성물을 포함하는 층으로, 상기 자발광 감광성 수지 조성물을 도포하고 소정의 패턴으로 노광, 현상 및 열경화하여 형성된 층일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 자발광 감광성 수지 조성물로 형성된 패턴층은 적색 양자점을 함유한 적색 패턴층, 녹색 양자점을 함유한 녹색 패턴층 및 청색 양자점을 함유한 청색 패턴층을 구비할 수 있다. 광 조사시 적색 패턴층은 적색광을, 녹색 패턴층은 녹색광을, 청색 패턴층은 청색광을 방출한다.

그러한 경우에 화상표시장치에 적용시 광원의 방출광이 특별히 한정되지 않으나, 보다 우수한 색 재현성의 측면에서 청색광을 방출하는 광원을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 패턴층은 적색 패턴층, 녹색 패턴층 및 청색 패턴층 중 2종 색상의 패턴층만을 구비할 수도 있다. 그러한 경우에는 상기 패턴층은 양자점을 함유하지 않는 투명 패턴층을 더 구비한다.

2종 색상의 패턴층만을 구비하는 경우에는 포함하지 않은 나머지 색상을 나타내는 파장의 빛을 방출하는 광원을 사용할 수 있다. 예를 들면, 적색 패턴층 및 녹색 패턴층을 포함하는 경우에는, 청색광을 방출하는 광원을 사용할 수 있다. 그러한 경우에 적색 양자점은 적색광을, 녹색 양자점은 녹색광을 방출하고, 투명 패턴층은 청색광이 그대로 투과하여 청색을 나타낸다.

전술한 기판 및 패턴층을 포함하는 컬러필터는, 각 패턴 사이에 형성된 격벽을 더 포함할 수 있으며, 블랙 매트릭스를 더 포함할 수도 있다. 또한, 컬러필터의 패턴층 상부에 형성된 보호막을 더 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명은 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치를 제공한다.

상기 화상표시장치는 통상의 액정 표시 장치뿐만 아니라, 전계 발광 표시 장치, 플라스마 표시 장치, 전계 방출 표시 장치 등 각종 화상표시장치가 사용 가능하다.

본 발명에 따른 화상표시장치는 광 효율이 우수하여 높은 휘도를 나타내고, 색 재현성이 우수하며, 넓은 시야각을 갖는다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

제조예 1. CdSe(코어)/ZnS(쉘) 구조의 녹색 양자점 A-1의 합성

CdO(0.4 mmol)과 아연 아세테이트(Zinc acetate)(4 mmol), 올레산(Oleic acid)(5.5 mL)를 1-옥타데센(1-Octadecene) (20 mL)과 함께 반응기에 넣고 150 ℃로 가열하여 반응시켰다. 이후에 아연에 올레산이 치환됨으로써 생성된 아세트산(acetic acid)을 제거하기 위해 상기 반응물을 100 mTorr 의 진공 하에 20 분간 방치하였다.

그리고 나서, 310 ℃의 열을 가하여 투명한 혼합물을 얻은 다음, 이를 20 분간 310 ℃를 유지한 후, 0.4 mmol의 Se분말과 2.3 mmol의 S 분말을 3 mL의 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine)에 용해시킨 Se 및 S 용액을 Cd(OA)₂ 및Zn(OA)₂ 용액이 들어 있는 반응기에 빠르게 주입하였다. 이로부터 얻은 혼합물을 310 ℃에서 5 분간 성장시킨후 얼음물 배쓰(ice bath)를 이용하여 성장을 중단시켰다.

그리고 나서, 에탄올로 침전시켜 원심분리기를 이용하여 양자점을 분리하고 여분의 불순물은 클로로포름(chloroform)과 에탄올을 이용하여 씻어냄으로써, 올레인산으로 안정화된, 코어 입경과 쉘 두께의 합이 3 내지 5 nm인 입자들이 분포된 CdSe(코어)/ZnS(쉘) 구조의 양자점 A-1를 수득하였다.

제조예 2. 알칼리 가용성 수지의 합성

교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 플라스크를 준비하고, 한편, N-벤질말레이미드 45 중량부, 메타크릴산 45 중량부, 트리사이클로데실 메타크릴레이트 10 중량부, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 4 중량부, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(이하, PGMEA) 40 중량부를 투입후 교반 혼합하여 모노머 적하 로트를 준비하고, n-도데칸디올 6 중량부, PGMEA 24 중량부를 넣고 교반 혼합하여 연쇄 이동제 적하 로트를 준비했다.

이후 플라스크에 PGMEA 395 중량부를 도입하고 플라스크내 분위기를 공기에서 질소로 한 후 교반하면서 플라스크의 온도를 90 ℃까지 승온했다.

이어서 모노머 및 연쇄 이동제를 적하 로트로부터 적하를 개시했다. 적하는 90 ℃를 유지하면서 각각 2 시간 동안 진행하고 1 시간 후에 110 ℃로 승온하여 3 시간 유지한 뒤, 가스 도입관을 도입시켜, 산소/질소=5/95(v/v) 혼합 가스의 버블링을 개시했다.

이어서, 글리시딜메타크릴레이트 10 중량부, 2,2′-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 0.4 중량부, 트리에틸아민 0.8 중량부를 플라스크 내에 투입하여 110 ℃에서 8 시간 반응을 계속하고, 그 후 실온까지 냉각하면서 고형분 29.1 중량%, 중량평균분자량 32,000, 산가가 114 ㎎KOH/g인 알칼리 가용성 수지를 얻었다.

실시예 1 내지 16 및 비교예 1 내지 6 : 단층 컬러필터 제조

하기 표 1 내지 4에 기재된 바와 같이 각각 성분을 혼합한 후, 전체 고형분이 20 중량%가 되도록 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트로 희석한 뒤, 충분히 교반하여 자발광 감광성 수지조성물을 얻었다. 표 1은 실시예 및 비교예에서 사용한 산란입자의 종류에 대해 나타내었다. 또한 표 2는 산란입자를 TiO₂를 사용한 실시예들의 조성을 나타내었으며, 표 3은 Al₂O₃을 사용한 실시예 및 TiO₂의 함량을 달리한 실시예의 조성을 나타내었다. 이에 더하여, 표 4에는 비교예에서 사용한 조성을 나타내었다.

	종류	평균입경	제품명	제조사
E-1	TiO₂	220 nm	TR-88	훈츠만사
E-2	TiO₂	30 nm	TTO-55ⓒ	이시하라
E-3	TiO₂	130 nm	PT-401L	이시하라
E-4	TiO₂	210 nm	CR-63	이시하라
E-5	TiO₂	500 nm	R-960	듀폰사
E-6	TiO₂	900 nm	R-902	듀폰사
E-7	Al₂O₃	50 nm	0.05um Aluminapowder	얼라이드사
E-8	Al₂O₃	300 nm	0.3um Aluminapowder	얼라이드사
E-9	Al₂O₃	1000 nm	1.0um Aluminapowder	얼라이드사
E-10	SiO₂	2000 nm	SYLYSIA 220A	후지사
E-11	SiO₂	fumed silica	Arosil 200	데구사

조성 (중량%)		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7	실시예 8	실시예 9
양자점 A-1¹⁾		30	30	30	30	30	30	30	30	30
광중합성 화합물³⁾		30	30	30	30	32	27	17	30	30
광중합 개시제⁴⁾		5	5	5	5	5	5	5	5	5
알칼리 가용성 수지⁵⁾		30	30	30	30	32.5	28	18	30	30
산란 입자⁶⁾	E-1	5	-	-	-	0.5	10	30	-	-
	E-2	-	5	-	-	-	-	-	-	-
	E-3	-	-	5	-	-	-	-	-	-
	E-4	-	-	-	5	-	-	-	-	-
	E-5	-	-	-	-	-	-	-	5	-
	E-6	-	-	-	-	-	-	-	-	5
1) 양자점 A-1 : 제조예 1의 CdSe(코어)/ZnS(쉘) 구조 양자점 A-1 2) 양자점 A-2 : Lumidot^TM CdSe/ZnS 640 (알드리치사 제) 3) 광중합성 화합물 : 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트호박산모노에스테르 (카르복시산함유 5관능 광중합성 화합물)(TO-1382, 동아합성 제조) 4) 광중합 개시제 : Irgaqure-907 (BASF사 제) 5) 알칼리 가용성 수지 : 제조예 2의 알칼리 가용성 수지 6)산란입자 : 표 1

조성 (중량%)		실시예 10	실시예 11	실시예 12	실시예 13	실시예 14	실시예 15	실시예 16
양자점	A-1¹⁾	30	30	30	-	-	-	-
양자점	A-2²⁾	-	-	-	30	30	30	30
광중합성 화합물³⁾		30	30	30	32	30	27	17
광중합 개시제⁴⁾		5	5	5	5	5	5	5
알칼리 가용성 수지⁵⁾		30	30	30	32.5	30	28	18
산란 입자⁶⁾		E-1	-	-	-	0.5	5	10	30
		E-7	5	-	-	-	-	-	-
		E-8	-	5	-	-	-	-	-
		E-9	-	-	5	-	-	-	-
1) 양자점 A-1 : 제조예 1의 CdSe(코어)/ZnS(쉘) 구조 양자점 A-1 2) 양자점 A-2 : Lumidot^TM CdSe/ZnS 640 (알드리치사 제) 3) 광중합성 화합물 : 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트호박산모노에스테르 (카르복시산함유 5관능 광중합성 화합물)(TO-1382, 동아합성 제조) 4) 광중합 개시제 : Irgaqure-907 (BASF사 제) 5) 알칼리 가용성 수지 : 제조예 2의 알칼리 가용성 수지 D 6)산란입자 : 표 1

조성 (중량%)		비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5	비교예 6
양자점	A-1¹⁾	30	30	30	-	30	30
양자점	A-2²⁾	-	-	-	30
광중합성 화합물³⁾		32	7	32	32	30	30
광중합 개시제⁴⁾		5	5	5	5	5	5
알칼리 가용성 수지⁵⁾		32.9	8	33	33	30	30
산란입자 ⁶⁾	E-1	0.1	50	-	-	-	-
	E-10	-	-	-	-	5	-
	E-11	-	-	-	-	-	5
1) 양자점 A-1 : 제조예 1의 CdSe(코어)/ZnS(쉘) 구조 양자점 A-1 2) 양자점 A-2 : Lumidot^TM CdSe/ZnS 640 (알드리치사 제) 3) 광중합성 화합물 : 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트호박산모노에스테르 (카르복시산함유 5관능 광중합성 화합물)(TO-1382, 동아합성 제조) 4) 광중합 개시제 : Irgaqure-907 (BASF사 제) 5) 알칼리 가용성 수지 : 제조예 2의 알칼리 가용성 수지 D 6)산란입자 : 표 1

상기 실시예 1 내지 16 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 자발광 감광성 수지조성물을 이용하여 컬러필터를 제조하였다. 즉, 상기 각각의 자발광 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅법으로 유리 기판 위에 도포한 다음, 가열판 위에 놓고 100 ℃의 온도에서 3 분간 유지하여 박막을 형성시켰다.

이어서 상기 박막 위에 가로x세로 20mm x 20mm 정사각형의 투과 패턴과 1 내지 100 ㎛의 라인/스페이스 패턴을 갖는 시험 포토마스크를 올려놓고 시험 포토마스크와의 간격을 100 ㎛로 하여 자외선을 조사하였다.

이때, 자외선광원은 우시오 덴끼㈜제의 초고압 수은 램프(상품명 USH-250D)를 이용하여 대기 분위기하에 200 mJ/㎠의 노광량(365 ㎚)으로 광조사하였으며, 특별한 광학 필터는 사용하지 않았다.

상기에서 자외선이 조사된 박막을 pH 10.5의 KOH 수용액 현상 용액에 80 초 동안 담궈 현상하였다. 이 박막이 입혀진 유리판을 증류수를 사용하여 세척한 다음, 질소 가스를 불어서 건조하고, 150 ℃의 가열 오븐에서 10 분 동안 가열하여 컬러필터 패턴을 제조하였다. 상기에서 제조된 자발광 컬러 패턴의 필름 두께는 5.0 ㎛이었다.

비교예 7: 다층 컬러필터 제조

상기 실시예 1의 조성에서 양자점은 포함하지 않고 산란입자 E-1을 35 중량% 포함하는 제1조성물과 산란입자는 포함하지 않고 양자점 A-1만을 35 중량% 포함하는 제2조성물을 제조하였다.

컬러필터 제조 방법은 상기와 동일하되, 비교예 7에서는 기판에 제1조성물, 제2조성물을 순차적으로 적층하였다.

실험예 1 : 미세 패턴 측정

상기 실시예 1 내지 16 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 자발광 감광성 수지를 사용하여 제조된 컬러필터 중 100 ㎛로 설계된 라인/스페이스 패턴 마스크를 통해 얻어진, 패턴의 크기를 OM장비(ECLIPSE LV100POL 니콘사)를 통해 패턴 크기를 측정하였다.

	미세 패턴
실시예 1	10
실시예 2	11
실시예 3	9
실시예 4	10
실시예 5	13
실시예 6	6
실시예 7	2
실시예 8	12
실시예 9	9
실시예 10	9
실시예 11	10
실시예 12	9
실시예 13	12
실시예 14	9
실시예 15	10
실시예 16	4
비교예 1	13
비교예 2	-10
비교예 3	13
비교예 4	15
비교예 5	10
비교예 6	10

라인/스페이스 패턴 마스크의 설계값과 얻어진 미세 패턴의 측정값과의 차이가 20 um 이상이면, 미세화소의 구현이 어려워지고, 마이너스 값을 가지면 공정불량을 야기하는 임계 수치를 의미한다. 표 5를 참조하면, 본 발명에 따라 양자점과 산란입자를 동시에 사용하여도 미세패턴 형성에 문제가 없음을 확인할 수 있었다.

실험예 2 : 발광 강도 측정

상기 실시예 1 내지 16 및 비교예 1 내지 8에서 제조된 자발광 감광성 수지를 사용하여 제조된 컬러필터 중 20 x 20 mm 정사각형의 패턴으로 형성된 부분에 365 nm Tube형 4 W UV조사기(VL-4LC, VILBER LOURMAT)를 통하여 광 변환된 영역을 측정하였으며, 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 3 및 비교예 5 내지 6은 520 nm영역을, 실시예 13 내지 16 및 비교예 4는 640 nm 영역에서의 발광 강도를 Spectrum meter(Ocean Optics사)를 이용하여 측정하였다.

	발광 강도
실시예 1	39500
실시예 2	20800
실시예 3	21800
실시예 4	37800
실시예 5	23200
실시예 6	41300
실시예 7	44500
실시예 8	37900
실시예 9	36500
실시예 10	20700
실시예 11	29600
실시예 12	34100
실시예 13	23400
실시예 14	31600
실시예 15	35900
실시예 16	39100
비교예 1	20200
비교예 2	42200
비교예 3	19700
비교예 4	18200
비교예 5	33600
비교예 6	25200
비교예 7	16300

측정된 발광 강도가 높을수록 광효율이 높음을 의미한다. 이에 표 6을 보면, 양자점과 산란입자를 사용하지 않은 비교예 3 및 4에 비하여 실시예 1 내지 16의 경우 발광 강도가 향상되었음을 확인할 수 있었다. 또한 적층된 구조를 가지는 비교예 7 의 경우 산란 입자만을 함유하는 층에서 광원 흡수가 발생하여 자발광층에 도달하는 광원의 세기가 줄어들게 되고 이에 따라 광효율이 저하되었음을 확인할 수 있었다.

실험예 3 : 침강 안정성 평가

상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 자발광 감광성 수지 조성물을 100 ml 메스 실린더에 50 ml를 투입 후 산란체 침강에 의한 상층부 상분리 현상을 육안으로 확인 하였다.

평가는 각각 6, 18, 36, 72, 100 시간마다 확인하여, 각 샘플이 5 ml이상 상분리가 확인된 시간을 측정하였다.

	침강 안정성 (시간)
실시예 1	72
실시예 2	100
실시예 3	100
실시예 4	72
실시예 5	72
실시예 6	72
실시예 7	72
실시예 8	72
실시예 9	36
실시예 10	100
실시예 11	72
실시예 12	18
실시예 13	72
실시예 14	72
실시예 15	72
실시예 16	72
비교예 1	72
비교예 2	72
비교예 3	100
비교예 4	100
비교예 5	6
비교예 6	100

일반적으로 산란체의 침강은 자연적인 현상이나, 컬러필터 제작 공정 중에 상분리가 야기되면, 코팅 안정성에 문제를 야기할 수 있다. 따라서 샘플의 상분리가 확인된 시간이 6 시간 이상이면 조성물의 안정성에 문제가 없다고 판단할 수 있다.

상기 표 7을 참조하면, 실시예 1내지 16 모두 6시간 이상의 침강 안정성을 보이고 있어, 조성물의 안정성에 문제가 없는 것을 확인 할 수 있었다.

본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 화상표시장치의 컬러필터로 도입되어 우수한 색재현 특성 및 휘도를 유지하여 고품위의 생생한 화질을 구현할 수 있다.

1: 기판 3:컬러필터

Claims

양자점, 산란입자, 광중합성 화합물, 광중합 개시제, 알칼리 가용성 수지 및 용제를 포함하며;
상기 산란입자는 평균입경이 30 내지 1000 ㎚인 금속산화물인 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 금속산화물은 Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Mo, Cs, Ba, La, Hf, W, Tl, Pb, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Ti, Sb, Sn, Zr, Nb, Ce, Ta, In 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속을 포함하는 산화물인 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 금속산화물은 Al₂O₃, SiO₂, ZnO, ZrO₂, BaTiO₃, TiO₂, Ta₂O₅, Ti₃O₅, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb₂O₃, SnO, MgO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 양자점은 II-VI족 반도체 화합물; III-V족 반도체 화합물; IV-VI족 반도체 화합물; IV족 원소 또는 이를 포함하는 화합물; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 산란입자는 평균입경이 100 내지 500 ㎚인 금속산화물인 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 자발광 감광성 수지 조성물은 전체 조성물 중량 100 중량%를 만족하도록
양자점 3 내지 80 중량%,
산란입자 0.1 내지 50 중량%,
광중합성 화합물 5 내지 70 중량%,
광중합 개시제 0.1 내지 20 중량%,
알칼리 가용성 수지 5 내지 80 중량% 및
잔부로 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
청구항 5에 있어서, 상기 산란입자의 함량은 0.5 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 자발광 감광성 수지 조성물.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 자발광 감광성 수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 컬러필터.
청구항 7의 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.