KR20160114362A - 컬러필터 및 화상표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자발광 감광성 수지 조성물, 이를 포함하는 컬러필터 및 화상표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자발광 화소 패턴의 상부 에지면이 테이퍼 각을 갖도록 형성하되, 그 각도를 한정함으로써 광 추출 효율을 향상시키고, 이를 갖는 화상표시장치는 고품위의 화질을 구현한다.
Description
본 발명은 컬러필터의 광 효율 저하를 효과적으로 방지하여 고품위의 화질을 구현할 수 있는 컬러필터 및 화상표시장치에 관한 것이다.
컬러필터는 백색광에서 적색, 녹색, 청색, 3가지 색을 추출하여 미세한 화소단위로 가능하게 하는 박막 필름형 광학부품이다.
상기 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.
일반적으로 컬러필터는 염색법, 전착법, 인쇄법, 안료분산법 등에 의하여 3종 이상의 색상을 투명 기판상에 코팅하여 제조할 수 있으며, 최근에는 안료 분산형의 감광성 수지를 이용한 안료 분산법이 주류를 이룬다.
그 중 안료분산법은 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.
근래에는 여러 가지 장점을 가지는 안료분산법을 이용한 컬러필터용 감광성 수지 조성물에 있어서도 우수한 패턴 특성뿐만 아니라 높은 색재현율과 함께 고휘도 및 고명암비 등 더욱 향상된 성능이 요구되고 있는 실정이다.
그러나 색 재현은 광원에서 조사된 광이 컬러필터를 투과하여 구현되는 것인데, 이 과정에서 광의 일부가 컬러필터에 흡수되므로 광 효율이 저하되고, 또한 색 필터로서의 안료특성으로 인해 완벽한 색 재현에는 못 미치는 근본적인 한계가 있다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 방안으로, 양자점 감광성 수지 조성물을 이용한 컬러필터가 제시되었다.
대한민국 특허공개 제2007-0094679호는 양자점(Quantum Dot)들로 형성된 컬러필터층을 가져 색 재현성을 높일 수 있다고 제시하고 있고, 대한민국 특허공개 제2009-0036373호는 기존의 컬러필터를 양자점 형광체로 이루어진 발광층으로 대치함으로써 발광 효율을 향상시켜 표시품질을 개선할 수 있다고 제시하고 있다.
이렇게 양자점을 컬러필터의 발광 물질로 사용할 경우 발광 파형을 좁힐 수 있고 안료에서는 구현하지 못하는 높은 색 구현 능력을 가지게 되며, 우수한 휘도 특성을 지닌다. 그러나 컬러필터 제조에서 수행하는 양자점의 낮은 안정성으로 인해 표면에 결정 등이 발생하여 양자점의 발광 효율이 크게 떨어지는 문제가 발생하였다.
더불어, 양자점은 안료나 염료와 같은 벌크(bulk) 상태의 물질과는 다른 물리적 특성을 갖는다. 즉, 자발광된 빛은 굴절률차로 인해 소자 내부에 갇히는 현상이 발생하고, 이러한 갇힘 현상 때문에 컬러필터의 광 추출 효율이 매우 낮아진다.
양자점을 갖는 컬러필터의 경우 양자점의 내부 양자 효율은 90% 이상이지만, 외부 양자 효율은 각각 2%와 20% 정도에 불과하여, 결과적으로 컬러필터의 휘도 저하를 가져와, 원하는 색상을 재현성 있게 표시하는데 한계가 있어 화상 품질이 떨어지는 단점이 있다.
더불어 양자점에서 자발광된 빛이 소자에 갇히면 결과적으로 소자의 성능이 떨어지고 과열로도 이어질 수 있기 때문에 산업계의 문제가 되고 있다.
유기전계발광소자(OLED) 기술 분야에서 자발광(형광체)된 빛의 내부 갇힘 현상에 의한 광 추출 효율을 높이기 위한 여러 가지 시도가 있었으나, 아직까지 컬러필터에서는 그 시도가 제안된 바 없다.
더욱이, 자발광 화소 패턴의 에지면의 각도를 조절하여 이러한 문제를 해결하고자 하는 시도는 보고된 바 없다.
이에 본 출원인은 양자점을 포함하는 자발광 화소층의 광 방출 효율을 높이고자 다각적으로 연구한 결과, 자발광 화소 패턴의 에지면이 일정 각도를 갖는 경우 광 방출 효율이 증가함을 확인하였다. 이러한 패턴의 에지면의 한정 기술은 다른 표시장치의 전극 패턴 등에 도입한 예가 있었으나, 본 발명에서와 같이 광 추출 효율 증가를 위한 자발광 화소층에 적용한 예는 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 양자점을 포함하는 자발광 화소층의 광 추출 효율을 높일 수 있는 컬러필터를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 컬러필터를 구비하여 높은 휘도 특성을 가져 고품위의 화면을 구현할 수 있는 화상표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판; 및 상기 기판 상에 양자점을 포함하여 적색, 녹색 및 청색 화소층을 갖는 자발광 화소 패턴을 포함하고, 상기 자발광 화소 패턴은 상부 에지면이 60 내지 150도의 테이퍼 각을 것을 특징으로 하는 컬러필터를 제공한다.
이때 상기 자발광 화소 패턴의 에지면은 60 내지 90도의 테이퍼 각을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 발명에 따른 컬러필터는 자발광 화소 패턴의 에지면이 일정 수준의 테이퍼 각을 갖도록 형성함으로써 종래 양자점을 자발광 시 발생하는 낮은 광 추출능을 개선하여 컬러필터의 광 추출 효율을 향상시킨다.
그 결과 이러한 컬러필터를 채용한 화상표시장치는 휘도 특성이 개선되어 고품위의 화질을 구현한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 컬러필터를 보여주는 단면도이다.
도 2(a) 내지 (c)는 자발광 화소층(13)의 상부 에지면의 다양한 각도의 형태를 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 컬러필터의 제1 구현예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 컬러필터의 제2 구현예를 보여주는 단면도이다.
도 2(a) 내지 (c)는 자발광 화소층(13)의 상부 에지면의 다양한 각도의 형태를 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 컬러필터의 제1 구현예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 컬러필터의 제2 구현예를 보여주는 단면도이다.
본 발명에서는 자발광 특성을 갖는 양자점을 포함하는 컬러필터의 광 효율을 향상시킬 수 있는 자발광 컬러필터 및 이를 구비한 화상표시장치를 제시한다.
양자점을 이용한 컬러필터는 안료를 포함하는 컬러필터와는 달리 스스로 빛을 발광하는 물질로서, 적색, 녹색 및 청색을 자발광할 수 있는 것으로, 양자점을 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물을 이용하여 화소 영역 상에 자발광 화소층이 형성된다. 이 양자점 컬러필터의 경우 소자 내부에 갇힌 자연 방출광에 의해 광효율이 저하된다.
이에 본 발명에서는 상기 자발광 화소층의 광추출 효과를 높이기 위해 자발광 화소층의 화소 패턴의 에지부를 테이퍼 형상을 갖도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 컬러필터(10)의 형상을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 컬러필터(10)는 기판(11); 및 상기 기판(11) 상에 양자점을 포함하여 적색, 녹색 및 청색 화소층을 갖는 자발광 화소층(13)을 포함하며, 상기 자발광 화소층(13)은 상부 에지면이 일정 범위의 테이퍼 각을 갖는 패턴을 갖는다.
본 발명에서 언급하는 '테이퍼 각(Taper angle)'은 자발광 화소 패턴의 상부 에지면에 해당한다. 이때 하부 에지면의 각도는 전혀 고려하지 않으며, 도 1과 같이, 상부 에지면과 하부 에지면의 각도의 합이 180도가 되지 않은 경우를 포함한다.
상부 에지면의 테이퍼 각은 60도 이상, 바람직하기로 60 내지 150도, 더욱 바람직하기로 65도 내지 90도의 각도를 갖는다.
도 2(a) 내지 (c)는 자발광 화소층(13)의 상부 에지면의 다양한 각도의 형태를 보여주는 모식도이다.
이때 상부 에지면의 테이퍼 각이 90도 미만인 경우에는 도 2의 (a)와 같이, 기판 방향(즉, 하부 방향)으로 갈수록 패턴의 폭이 좁혀지는 역테이퍼 구조(reverse tapered structure)를 가짐을 의미한다.
또한, 상부 에지면의 테이퍼 각이 90도를 초과한 경우에는 도 2의 (c)와 같이 기판 방향(즉, 하부 방향)으로 갈수록 패턴의 폭이 넓어지는 순테이퍼 구조(foward tapered structure)를 가짐을 의미한다.
상기와 같은 특정 각도의 이러한 테이퍼 형상을 통해 자발광 화소층(13) 내 전반사되어 갇히는 광선들을 산란시켜 탈출시킨다. 즉, 이 구조로 인해 화소 패턴의 내부 전반사 조건을 파괴함으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 광 추출 효율은 화소 패턴의 상부 에지면의 제어에 의해서만 이루어지며, 하부 에지면는 인접한 화소와 서로 일정 부분을 겹쳐 존재하거나 혹은 흑색 패턴 상부에 위치하고 있는 양자점의 경우, 발광 효율이 매우 낮다.
만약, 에지면의 테이퍼 각이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 광 추출 효율 증가 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 오히려 광 추출 효율이 줄어들 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
광 추출 효율은 컬러필터의 휘도를 통해 측정될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실험예에 따르면, 테이퍼 각의 각도에 따라 휘도가 달라지고, 이는 특정 각도에서 더욱 높은 수치를 나타내었다.
<자발광 수지 조성물>
상기 테이퍼 형상을 갖는 자발광 화소 패턴은 광 추출 효율을 더욱 높이기 위해 그 조성을 제어한다. 바람직하기로 자발광 화소 패턴은 양자점, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물 및 개시제를 포함하며 제조된 자발광 감광성 수지 조성물로 제조될 수 있으며, 이때 상기 알칼리 가용성 수지로 밀착력이 우수한 카도계 수지를 사용한다.
이하 각 조성을 더욱 상세히 설명한다.
양자점
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 발명의 컬러필터는 이러한 광루미네선스 양자점 입자를 포함하여, 이로부터 제조된 컬러필터는 광 조사에 의해 발광(광루미네선스)할 수 있다.
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 컬러필터는 양자점도 적색을 나타내는 양자점, 녹색을 나타내는 양자점 및 청색을 나타내는 양자점을 포함하며, 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.
이러한 양자점을 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물은 전체 조성물 100 중량% 내에서, 양자점 3 내지 80 중량%, 알칼리 가용성 수지 5 내지 80 중량%, 광중합성 화합물 5 내지 70 중량%, 광중합 개시제 0.1 내지 20 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 추가로 전술한 바의 첨가제를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명에서의 양자점은 필요하다면 분산제, 분산 보조제와 함께 사용할 수 있다.
상기 분산제로는, 예를 들면 양이온계, 음이온계, 비이온계 등의 적절한 분산제를 사용할 수 있지만, 중합체 분산제가 바람직하다. 구체적으로는, 아크릴계 공중합체, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에틸렌이민, 폴리알릴아민 등을 들 수 있다. 이러한 분산제는 상업적으로 입수할 수 있고, 예를 들면 아크릴계 공중합체로서 DisperBYK-2000, DisperBYK-2001, BYK-LPN6919, BYK-LPN21116(이상, 빅케미(BYK)사 제조), Solsperse 5000(Lubrizol사 제조), 폴리우레탄으로서 DisperBYK-161, DisperBYK-162, DisperBYK-163, DisperBYK-165, DisperBYK-167, DisperBYK-170, DisperBYK-182(이상, 빅케미(BYK)사 제조), Solsperse 76500(Lubrizol사 제조), 폴리에틸렌이민으로서 Solsperse 24000(Lubrizol사 제조), 폴리에스테르로서 아지스퍼 PB821, 아지스퍼 PB822, 아지스퍼 PB880(아지노모또 파인테크노 가부시끼가이샤 제조) 등을 들 수 있다.
상기 분산 보조제로는, 예를 들면 안료 유도체를 들 수 있고, 구체적으로는 구리프탈로시아닌, 디케토피롤로피롤, 퀴노프탈론의 술폰산 유도체 등을 들 수 있다.
이들 분산제는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 분산제의 함량은 양자점 1 중량부에 대하여, 통상 1 중량부 이하, 바람직하게는 0.1 내지 0.7 중량부, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.5 중량부이다. 분산제의 함유량이 지나치게 많으면, 현상성 등이 손상될 우려가 있다.
이 양자점과 함께 본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 알칼리 가용성 수지, 광경화성 화합물, 개시제 및 용제를 포함한다.
알칼리 가용성 수지
본 발명의 자발광 감광성 수지 조성물을 구성하는 알칼리 가용성 수지는 열의 작용에 의한 반응성 및 알칼리 용해성을 가지며 착색제를 비롯한 고형분의 분산매로서 작용하며 결착 수지의 기능을 하며, 이는 수지 조성물을 이용한 필름 제조의 현상 단계에서 사용된 알칼리성 현상액에 용해 가능한 결합제 수지라면 어느 것이든 사용 가능하다.
바람직하기로, 상기 알칼리 가용성 수지는 저유전율을 확보할 수 있도록 카도계 수지를 사용한다.
구체적으로, 카도계 수지로는 비스(4-히드록시페닐)설폰, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)설폰 및 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)설폰, 비스(4-히드록시페닐)헥사플루오로프로판, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)헥사플루오로프로판 및 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)헥사플루오로프로판, 비스(4-히드록시페닐)디메틸실란, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)디메틸실란, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)디메틸실란, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페틸)메탄, 비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)메탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)에테르, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)에테르, 비스(4-히드록시-3,5-디클로페닐)에테르, 9,9-비스(4-히드록시페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-브로모페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-플루오로페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-메톡시페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)플루오렌 및 9,9-비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)플루오렌 등으로부터 얻어진 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하기로, 상기 알칼리 가용성 수지는 20 내지 200 (KOH mg/g)의 산가를 갖는 것을 선정하여 사용한다. 산가는 아크릴계 중합체 1g을 중화하는데 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 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 카도계 수지와 같은 알칼리 가용성 수지는 전체 자발광 감광성 수지 조성물 100 중량% 내에서 5 내지 80 중량%, 바람직하기로 7 내지 50 중량%로 사용한다. 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 막 감소가 방지되어 비화소 부분의 누락성이 양호해진다.
광중합성
화합물
광중합성 화합물은 후술하는 광중합 개시제의 작용으로 중합할 수 있는 화합물이면 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 단관능 광중합성 화합물, 2관능 광중합성 화합물 또는 3관능 이상의 다관능 광중합성 화합물 등을 들 수 있다.
상기 단관능 단량체의 구체적인 예로는, 노닐페닐카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-에틸헥실카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, N-비닐피롤리돈 등을 들 수 있으며 시판품으로는 아로닉스 M-101 (도아고세이), KAYARAD TC-110S (닛본가야꾸) 또는 비스코트 158 (오사카 유키 가가쿠고교) 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(아크릴로일옥시에틸)에테르, 3-메틸펜탄디올디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있으며 시판품으로는 아로닉스 M-210, M-1100, 1200(도아고세이), KAYARAD HDDA (닛본가야꾸), 비스코트 260 (오사카 유키 가가쿠 고교), AH-600, AT-600 또는 UA-306H (교에이샤 가가꾸사) 등이 있다.
상기 3관능 이상의 다관능 광중합성 화합물의 구체적인 예로는 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 티펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트 등이 있으며, 시판품으로는 아로닉스 M-309, TO-1382 (도아고세이), KAYARAD TMPTA, KAYARAD DPHA 또는 KAYARAD DPHA-40H (닛본가야꾸) 등이 있다.
상기에서 예시한 광중합성 화합물 중에서도 3관능 이상의 (메타)아크릴산에스테류 및 우레탄(메타)아크릴레이트가 중합성이 우수하며 강도를 향상시킬 수 있다는 점에서 특히 바람직하다.
상기에서 예시한 광중합성 화합물은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 광중합성 화합물은 본 발명의 자발광 감광성 수지 조성물 100 중량% 내에서 5 내지 70 중량% 포함되는 것이 바람직하고, 특히 15 내지 50 중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 상기 광중합성 화합물이 상기의 기준으로 5 내지 70 중량% 포함되는 경우에는 화소부의 강도나 평활성이 양호하게 되기 때문에 바람직하다.
개시제
개시제는 광중합성 화합물을 중합시킬 수 있는 것이면 그 종류를 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있다. 상기 개시제로는 광중합 개시제 또는 열중합 개시제가 사용될 수 있으며, 도막 형성을 보다 용이하고 공정상의 이점을 위해 광중합 개시제를 사용할 수 있다.
특히, 광중합 개시제는 중합특성, 개시효율, 흡수파장, 입수성 또는 가격 등의 관점에서 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 옥심 화합물 및 티오크산톤계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아세토페논계 화합물의 구체적인 예로는 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-온 또는 2-(4-메틸벤질)-2-(디메틸아미노)-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온 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 또는 2,4,6-트리메틸벤조페논 등이 있다.
상기 트리아진계 화합물의 구체적인 예로는 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 또는 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(3,4-디메톡시페닐)에테닐]-1,3,5-트리아진 등을 들 수 있다.
상기 비이미다졸 화합물의 구체적인 예로는 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, 2,2-비스(2,6-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸 또는 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'-테트라페닐비이미다졸 또는 2,2-비스(2,6-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸이 바람직하게 사용된다.
상기 옥심 화합물의 구체적인 예로는 o-에톡시카르보닐-α-옥시이미노-1-페닐프로판-1-온 등을 들 수 있으며, 시판품으로 바스프사의 OXE01, OXE02가 대표적이다.
상기 티오크산톤계 화합물로서는, 예를 들면 2-이소프로필티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디클로로티오크산톤 또는 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등이 있다.
또한, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위 내에서, 상기 이외의 광중합 개시제 등을 추가로 병용할 수도 있다. 예컨대, 벤조인계 화합물 또는 안트라센계 화합물 등을 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 벤조인계 화합물로는 예를 들면, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르 또는 벤조인이소부틸에테르 등이 있다.
상기 안트라센계 화합물로서는, 예를 들면 9,10-디메톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디메톡시안트라센, 9,10-디에톡시안트라센 또는 2-에틸-9,10-디에톡시안트라센 등이 있다.
그 밖에 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥시드, 10-부틸-2-클로로아크리돈, 2-에틸안트라퀴논, 벤질-9,10-페난트렌퀴논, 캄포퀴논, 페닐클리옥실산 메틸 또는 티타노센 화합물 등을 광중합 개시제로서 추가로 병용하여 사용할 수 있다.
광중합 개시제는 본 발명의 자발광 감광성 수지 조성물 100 중량% 내에서 0.1 내지 40 중량%, 바람직하게는 1 내지 30 중량% 포함될 수 있다. 이러한 함량 범위 내에서 자발광 감광성 수지 조성물이 고감도화되어 노광 시간이 단축되므로 생산성이 향상되며 높은 해상도를 유지할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 상술한 조건의 조성물을 사용하여 형성한 화소부의 강도와 상기 화소부의 표면에서의 평활성이 양호해질 수 있다.
또한, 본 발명의 자발광 감광성 수지 조성물의 감도를 향상시키기 위해서, 광중합 개시 보조제를 더 포함할 수 있다. 이 광중합 개시 보조제를 함유함으로써, 감도가 더욱 높아져 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 광중합 개시 보조제로는, 예를 들어 아민 화합물, 카르복실산 화합물 및 티올기를 가지는 유기 황화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 아민 화합물로는 방향족 아민 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 트리이소프로판올아민 등의 지방족 아민 화합물, 4-디메틸아미노벤조산메틸, 4-디메틸아미노벤조산에틸, 4-디메틸아미노벤조산이소아밀, 4-디메틸아미노벤조산-2-에틸헥실, 벤조산2-디메틸아미노에틸, N,N-디메틸파라톨루이딘, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논 (통칭: 미힐러 케톤) 또는 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논 등을 사용할 수 있다.
상기 카르복실산 화합물은 방향족 헤테로아세트산류인 것이 바람직하며, 구체적으로 페닐티오아세트산, 메틸페닐티오아세트산, 에틸페닐티오아세트산, 메틸에틸페닐티오아세트산, 디메틸페닐티오아세트산, 메톡시페닐티오아세트산, 디메톡시페닐티오아세트산, 클로로페닐티오아세트산, 디클로로페닐티오아세트산, N-페닐글리신, 페녹시아세트산, 나프틸티오아세트산, N-나프틸글리신 또는 나프톡시아세트산 등을 들 수 있다.
상기 티올기를 가지는 유기 황화합물의 구체적인 예로서는 2-머캅토벤조티아졸, 1,4-비스(3-머캅토부티릴옥시)부탄, 1,3,5-트리스(3-머캅토부틸옥시에틸)-1,3,5-트리아진-2,4,6(1H,3H,5H)-트리온, 트리메틸올프로판트리스(3-머갑토프로피오네이트), 펜타에리트리톨테트라키스(3-머캅토부틸레이트), 펜타에리트리톨테트라키스(3-머캅토프로피오네이트), 디펜타에리트리톨헥사키스(3-머캅토프로피오네이트) 또는 테트라에틸렌글리콜비스(3-머캅토프로피오네이트) 등을 들 수 있다.
또한, 시판되고 있는 제품으로 상품명 Darocur 1173, Igacure 184, Igacure 907, Igacure 1700(Ciba사) 등도 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 광양이온 중합 개시제는 시판품으로서 용이하게 입수할 수 있고, 예를들면, 각각 상품명으로, "카야라드 PCI-220", "카야라드 PCI-620"[참조: 이상, 니혼카야쿠 가부시키가이샤 제조], "UⅥ-6990"[참조: 유니온카바이드사 제조], "아데카옵트마 SP-150", "아데카옵트마 SP-170"[참조: 이상, 가부시키가이샤 ADEKA 제조], "CI-5102", "CIT-1370", "CIT-1682", "CIP-1866S", "CIP-2048S", "CIP-2064S"[참조: 이상, 니혼소다 가부시키가이샤 제조], "DPI-101", "DPI-102", "DPI-103", "DPI-105", "MPI-103", "MPI-105", "BBI-101", "BBI-102", "BBI-103", "BBI-105", "TPS-101", "TPS-102", "TPS-103", "TPS-105", "MDS-103", "MDS-105", "DTS-102", "DTS-103"[참조: 이상, 미도리가가쿠 가부시키가이샤 제조], "PI-2074"[참조: 로디아사 제조] 등을 들 수 있다.
특히, 니혼소다 가부시키가이샤 제조의 "CI-5102"는 바람직한 개시제의 하나이다.
광중합 개시 보조제의 함량은 상기 광중합 개시제와 동일한 함량 범위를 사용하는 것이 바람직하며, 상술한 함량으로 사용할 경우 자발광 감광성 수지 조성물의 감도가 더 높아지고, 상기 조성물을 사용하여 형성되는 컬러필터의 생산성이 향상되는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 용제는 특별히 한정되지 않으며 당 분야에서 통상적으로 사용되는 유기 용제일 수 있다. 이 용제는 다른 성분들을 용해시키는데 효과적인 것이면, 통상의 자발광 감광성 수지 조성물에서 사용되는 용제를 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있으며, 특히 에테르류, 방향족 탄화수소류, 케톤류, 알콜류, 에스테르류 또는 아미드류 등이 바람직하다.
구체예로는, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르류; 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 디에틸렌글리콜디알킬에테르류; 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에틸렌글리콜알킬에테르아세테이트류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르 등의 프로필렌글리콜디알킬에테르류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 메톡시부틸아세테이트, 메톡시펜틸아세테이트 등의 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류; 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소류; 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥사놀, 시클로헥사놀, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 알코올류; 3-에톡시프로피온산 에틸, 3-메톡시프로피온산 메틸 등의 에스테르류; γ-부티로락톤 등의 환상 에스테르류; 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용제는 코팅 방법이나 장치에 따라 점도가 달라질 수 있으므로 상기 언급한 조성을 갖는 자발광 감광성 수지 조성물의 농도가 5 내지 90 중량%, 바람직하기로는 15 내지 80 중량%가 될 수 있도록 함량을 적절히 조절한다. 이러한 함량은 조성의 분산 안정성 및 제조 공정에서의 공정 용이성(예, 도포성)을 고려하여 선정된 범위이다.
추가로, 본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 다양한 목적으로 인해 공지의 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 이러한 첨가제로는 충진제, 다른 고분자 화합물, 계면활성제, 밀착 촉진제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 응집 방지제, 경화제 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.
충진제의 구체적인 예는 유리, 실리카, 알루미나 등이 예시된다.
다른 고분자 화합물로서는 구체적으로 에폭시 수지, 말레이미드 수지 등의 경화성 수지, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌글리콜모노알킬에테르, 폴리플루오로알킬아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등의 열가소성 수지 등을 들 수 있다.
계면활성제는 자발광 감광성 수지 조성물의 피막 형성성을 향상시키는 성분으로, 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-t-부틸-2-히드록시-5-메틸페닐)-5-클로로벤조티리아졸, 알콕시벤조페논 등을 들 수 있다. 응집 방지제로서는 구체적으로 폴리아크릴산 나트륨 등을 들 수 있다.
경화제는 심부경화 및 기계적 강도를 높이기 위한 성분으로서, 그 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 에폭시 화합물, 다관능이소시아네이트 화합물, 멜라민 화합물, 옥세탄 화합물 등을 들 수 있다.
에폭시 화합물은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 비스페놀 A계 에폭시수지, 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)아크릴레트(공)중합체; 트리글리시딜이소시아누레이트 등을 들 수 있다.
옥세탄 화합물은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 카르보네이트비스옥세탄, 크실렌비스옥세탄, 아디페이트비스옥세탄, 테레프탈레이트비스옥세탄, 시클로헥산디카르복실산비스옥세탄 등을 들 수 있다.
또한, 추가로 경화도를 높이기 위해 본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물은 경화 보조제를 더욱 포함할 수 있다. 사용 가능한 경화 보조제는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에서 공지된 바의 경화 보조제라면 어느 것이든 사용 가능하다.
대표적으로, 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민류; 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류; 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀류; 테트라페닐포스포니움 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염 등이 가능하다.
전술한 바의 자발광 감광성 수지 조성물의 제조는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 제조방법을 따른다.
일례로, 양자점을 미리 용제와 혼합하여 비드 밀 등을 이용하여 분산시킨다. 이때, 필요에 따라 안료 분산제가 사용되고, 또한 알칼리 가용성 수지의 일부 또는 전부가 배합되는 경우도 있다.
얻어진 분산액(이하, 밀 베이스라고 하는 경우도 있음)에 알칼리 가용성 수지의 나머지, 광중합성 화합물 및 광중합 개시제, 필요에 따라 사용되는 그 밖의 성분, 필요에 따라 추가의 용제를 소정의 농도가 되도록 더 첨가하여 목적하는 자발광 감광성 수지 조성물을 얻는다.
상기 자발광 감광성 수지 조성물로 이루어진 자발광 화소 패턴은 기판 상에 위치하고, 적색, 청색 및 녹색 화소 영역에 위치한다.
이때 격벽은 적색, 청색 및 녹색 화소 영역의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 컬러필터의 제1 구현예를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 컬러필터(50)는 기판(51), 상기 기판(51) 상에 적색, 청색 및 녹색 화소 영역을 정의하는 격벽 또는 블랙 매트릭스(55a, 55b, 55c, 55d)이 형성되고, 이들 격벽(55a, 55b, 55c, 55d) 사이에 적색, 녹색, 및 청색의 화소 패턴(53a, 53b, 53d)이 위치한다.
도 4는 본 발명에 따른 컬러필터의 제2 구현예를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 컬러필터(150)는 기판(151), 상기 기판(151) 상에 적색, 청색 및 녹색 화소 영역을 정의하는 격벽 또는 블랙 매트릭스(155a, 155b, 155c, 155d)이 형성되고, 이들 격벽(155a, 155b, 155c, 155d) 사이에 적색, 녹색, 및 청색의 화소 패턴(153a, 153b, 153d)이 위치한다.
도 3 및 도 4의 기판(51, 151) 재질은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 통상의 컬러필터에서 사용되는 물질이면 어느 것이든 사용될 수 있다.
일례로, 유리, 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx), 또는 투명 고분자가 사용될 수 있다.
상기 투명 고분자는 필름 또는 시트 형태일 수 있으며 80% 이상의 광 투과도, 바람직하게는 85% 이상의 광 투과도를 지닌 기판이 효과적이며, 3% 이하, 바람직하기로 1% 이하의 헤이즈(Haze)를 갖는 것이 바람직하다. 이때 투명 고분자의 굴절률은 1.45 내지 1.65 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 그 두께는 제한되지 않지만 바람직하게는 10 내지 200㎛, 보다 바람직하게는 20 내지 150 ㎛의 두께의 필름이 좋다.
사용 가능한 투명 고분자로는 셀룰로오스 에스테르(예: 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 및 니트로 셀룰로오스), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르(예: 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로헥산디메틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌 1,2-디페녹시에탄-4,4'-디카르복실레이트, 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트), 폴리스티렌(예: 신디오택틱(syndiotactic) 폴리스티렌), 폴리올레핀(예: 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 폴리메틸펜텐), 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리메틸메테아크릴레이트, 및 폴리에테르케톤, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 등이다.
적색, 청색 및 녹색 화소 영역은 격벽 또는 블랙 매트릭스(55a, 55b, 55c, 55d, 155a, 155b, 155c, 155d)에 의해 정의된다. 이때 격벽 또는 블랙 매트릭스는 차광층 또는 차광패턴이라고도 한다.
이때 격벽 또는 블랙 매트릭스 재질은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 격벽 재질이 사용 가능하다. 일례로, 금속막, 또는 차광성 안료, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 및 개시제로 이루어진 감광성 수지 조성물로 제조될 수 있다.
추가로, 상기 구조의 컬러필터(50, 150)는 자발광 화소층(53a, 53b, 53b, 153a, 153b, 153b) 및 격벽 또는 블랙 매트릭스(55a, 55b, 55c, 55d, 155a, 155b, 155c, 155d) 상에 오버 코팅층(미도시)을 배치할 수 있다. 이 오버 코팅층은 컬러 필터(50) 상부를 평탄화하면서, 이를 보호하는 역할을 하며, 예를 들어, 아크릴계 에폭시 재료로 만들어질 수 있다.
이때 적색, 녹색, 및 청색의 화소 패턴(53a, 53b, 53b, 153a, 153b, 153b)은 상기 언급한 바와 같이 일정 범위의 테이퍼 각을 갖는다.
상기한 구조의 컬러필터의 제조는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에서 공지된 바의 방법을 따른다.
예를 들어, 하기 공정을 통해 제조가 가능하다.
먼저, 기판 상에 적색, 청색 및 녹색 화소 영역을 정의하는 격벽 또는 블랙 매트릭스를 형성한다.
예를 들어 크롬막이 형성된 후, 사진 식각 공정에 의해 차광막이 패터닝되어 블랙 매트릭스를 형성한다. 이 방법 말고 유기 물질을 이용한 잉크 젯팅법에 의하여 블랙 매트릭스를 형성될 수도 있다.
이어, 격벽 또는 블랙 매트릭스가 형성된 기판 상에 자발광 감광성 수지 조성물을 도포한다. 이때 상기 자발광 감광성 수지 조성물은 양자점, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 개시제, 및 용제를 포함한다.
이때 적색, 녹색 및 청색의 화소 패턴을 순차적으로 형성하는 경우, 먼저 적색을 발광하는 양자범을 포함하는 적색 화소 패턴용 감광성 수지 조성물을 기판에 도포한다. 적색 화소 패턴용 감광성 수지 조성물은 블랙 매트릭스 상에도 도포된다.
기판 상에 도포된 적색 화소 패턴용 감광성 수지 조성물에 선택적으로 광이 조사된다. 이때 패턴 마스크가 사용될 수 있다. 상기 패턴 마스크는 차광부 및 투광부를 포함하며, 투광부는 적색 화소 패턴이 형성될 위치에 대응하는 영역에 배치된다.
이어, 현상이 실시된다. 현상에 의해 비노광부가 제거되어 감광성 수지 조성물로 된 적색 화소 패턴이 만들어진다.
이때 화소 패턴의 에지면이 일정 각도를 갖도록 하는 공정은 다양한 방법이 사용될 수 있으며, 일례로 본 발명에서는 현상 공정의 시간을 달리하는 방법을 사용하였으며, 이외에 다른 공정 파라미터의 조절을 통해 에지면의 각도를 조절할 수 있다.
다음, 광 또는 열에 의하여 감광성 수지 조성물이 경화되어 적색 화소 패턴이 완성된다. 구체적으로, 감광성 수지 조성물의 경화에 의해 광중합성 화합물과 같은 고분자 성분은 고분자 수지가 되고, 양자점은 고분자 수지에 분산된 상태가 되어 컬러 필터가 완성된다.
적색 화소 패턴을 형성하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 녹색 화소 패턴 및 청색 화소 패턴이 형성된다. 상기 녹색 화소 패턴은 녹색을 발광하는 양자점을 포함하고, 청색 화소 패턴은 청색을 발광하는 양자점을 포함한다.
<화상표시장치>
또한, 본 발명은 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 발명의 컬러필터는 통상의 액정 표시장치뿐만 아니라, 전계발광 표시장치, 플라스마 표시장치, 전계방출 표시장치 등 각종 화상 표시 장치에 적용이 가능하다.
본 발명의 화상표시장치는 적 양자점 입자를 함유한 적색 패턴층, 녹 양자점 입자를 함유한 녹색 패턴층, 및 청 양자점 입자를 함유한 청색 패턴층을 포함하는 컬러필터를 구비할 수 있다. 그러한 경우에 화상표시장치에 적용시 광원의 방출광이 특별히 한정되지 않으나, 보다 우수한 색 재현성의 측면에서 바람직하게는 청색광을 방출하는 광원을 사용할 수 있다
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 본 발명의 화상표시장치는 적색 패턴층, 녹색 패턴층 및 청색 패턴층 중 2종 색상의 패턴층만을 포함하는 컬러필터를 구비할 수도 있다. 그러한 경우에는 상기 컬러필터는 양자점 입자를 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 적 양자점 입자는 적색광을, 녹 양자점 입자는 녹색광을 방출하고, 투명 패턴층은 청색광이 그대로 투과하여 청색을 나타낸다.
본 발명의 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: 녹색
양자점
감광성 수지
조성물1의
제조
하기 반응을 수행하여 녹색 화소 패턴 형성을 위한 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
(1)
CdSe
/
ZnS
코어쉘
구조의
광루미네선스
녹색
양자점
입자의 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 mTorr의 진공 하에 20분간 방치하였다.
그리고 나서, 310℃의 열을 가하여 투명한 혼합물을 얻은 다음, 이를 20분간 310℃를 유지한 후, 0.4 mmol의 Se 분말과 2.3 mmol의 S 분말을 3mL의 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine)에 용해시킨 Se 및 S 용액을 Cd(OA)2 및 Zn(OA)2 용액이 들어 있는 반응기에 빠르게 주입하였다.
이로부터 얻은 혼합물을 310℃에서 5분간 성장시킨 후 얼음물 배쓰(ice bath)를 이용하여 성장을 중단시켰다.
그리고 나서, 에탄올로 침전시켜 원심분리기를 이용하여 양자점을 분리하고 여분의 불순물은 클로로포름과 에탄올을 이용하여 씻어냄으로써, 올레인산으로 안정화된, 코어 입경과 쉘 두께의 합이 3 내지 5nm인 입자들이 분포된 CdSe(코어)/ZnS(쉘) 구조의 녹색 양자점 입자를 수득하였다.
(2)
양자점
분산액의 제조
상기 (1)에서 제조한 양자점 25.0 중량부, 분산제로서 아지스파 PB821(아지노모또 파인테크노 가부시끼가이샤 제조) 6 중량부 및 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 69 중량부를 비드밀에 의해 12시간 동안 혼합 및 분산하여 양자점 분산액을 제조하였다.
(3)
카도계
수지(알칼리 가용성 수지)의 합성
교반기, 온도계, 환류냉각관이 구비된 1000ml 플라스크에 2,2'-(4,4'-(9H-플루오렌-9,9-딜)비스(4,1-페닐렌))비스(옥시)비스(메틸렌)다이옥시란 10 중량부, 아크릴릭에시드 30 중량부, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 10 중량부를 넣고 교반하면서 플라스크의 온도를 100℃까지 서서히 올렸다.
이후 테트라메틸암모늄클로라이드를 0.3 중량부, 중합금지제 0.01 중량부를 첨가한 후 3시간 동안 온도를 유지하며 교반하였다.
반응이 종료되면 온도를 서서히 상온으로 내리고 증류수를 첨가하여 침전시킨다. 이어 필터링 한 후, 침전물만 남긴 뒤, 이 침전물을 증류수로 2∼3회 씻어준 다음 건조하였다.
이렇게 얻어진 침전물 10 중량부를 교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 1000ml 플라스크에 투입한 다음, 여기에 테트라메틸암모늄클로라이드 3 중량부, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 50 중량부, 프탈릭언하이드라이드 5 중량부를 넣고 질소 치환하였다.
이후 반응액을 교반하며 온도를 110℃로 상승시키고, 동일 온도에서 7시간 반응하였다.
이어서 5,5'-(페리플루오로프로판-2,2-다일)다이벤조[데]이소크로멘-1,3-다이온 5 중량부를 첨가한 후, 추가로 6시간 동안 반응을 진행시켰다.
이어 정제 처리 후 카도계 수지를 얻었고, 이때 얻어진 카도계 수지의 고형분 산가는 123㎎KOH/g이며 GPC로 측정한 중량 평균 분자량은 12,300이었다.
(4) 감광성 수지 조성물의 제조
상기 (2)에서 양자점 분산액 50 중량부와, 상기 (3)에서 합성한 카도계 수지 9.5 중량부, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(KAYARAD DPHA; 닛본가야꾸 제조) 1.98 중량부, Irgacure 369(Ciba Specialty Chemical 사 제조) 0.21 중량부, 4,4'-디(N,N'-디메틸아미노)-벤조페논(호도가야 카가쿠㈜제조) 0.1 중량부, Irgacure OXE01(Ciba Specialty Chemical 사 제조) 0.4 중량부, Irgacure OXE03(Ciba Specialty Chemical사 제조) 0.4 중량부, 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 37.41 중량부를 혼합하여 양자점 수지 조성물을 제조하였다.
제조예
2: 녹색
양자점
감광성 수지
조성물2의
제조
상기 제조예 1과 동일하게 수행하되, (4) 단계에서 양자점 분산액의 함량을 60.0 중량부로 변경하여 녹색 양자점 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예
1: 컬러필터 1의 제조
상기 제조예 1에서 얻어진 녹색 양자점 감광성 수지 조성물 1을 사용하여 녹색 화소 패턴을 갖는 컬러필터를 제작하였다.
상기 조성물 1을 유리 기판 상에 스핀 코팅한 후, 가열판 위에 놓고 100℃의 온도에서 2분간 유지하여 박막을 형성시켰다.
이어서, 상기 박막 위에 투과율 100%를 가지는 20㎛ 내지 50㎛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 50mJ/㎠의 조도로 조사하였으며, 특별한 광학 필터는 사용하지 않았다. 상기에서 자외선이 조사된 박막을 pH 10.5의 KOH 수용액 현상 용액에 1분 동안 담궈 현상하였다.
이 박막이 입혀진 유리판을 증류수를 사용하여 세척한 다음, 질소 가스를 불어서 건조하고, 230℃의 가열 오븐에서 20분간 가열하여 박막 패턴을 포함하는 기판을 제조하였다. 상기에서 제조된 패턴의 두께는 3.0㎛이었다.
실시예
2: 컬러필터 2의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 제조된 박막을 현상 용액에 2분 동안 담궈 컬러필터를 제조하였다.
실시예
3: 컬러필터 3의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 카도계 수지로 제조예 2의 수지를 사용하여 2분 동안 현상 용액에 담궈 컬러필터를 제조하였다.
비교예 1: 컬러필터 4의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 제조된 박막을 현상 용액에 0.5분 동안 담궈 컬러필터를 제조하였다.
비교예 2: 컬러필터 5의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 카도계 수지로 제조예 2의 수지를 사용하여 4분 동안 현상 용액에 담궈 컬러필터를 제조하였다.
실험예
1:
테이퍼
각 측정 및 휘도 측정
상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2에서 제조한 컬러필터의 상부 에지면의 테이퍼 각과 휘도를 측정하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
이때 테이퍼 각은 주사전자현미경을 사용하여 기판 상부에 제조된 패턴의 단면 각도를 확인하였고, 휘도는 Ocean Optics inc.사의 USB2000 Fiber Optic Spectrometer 제품을 사용하여 패턴에서 발생하는 광량을 전파장의 면적으로 환산하여 계산하여 측정하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 테이퍼 각(도) | 150 | 90 | 65 | 165 | 50 |
| 휘도 | 36,100 | 36,700 | 36,900 | 28,000 | 34,000 |
상기 표 1을 참조하면, 화소 패턴의 상부 에지면의 테이퍼 각이 컬러필터의 휘도에 영향을 줌을 알 수 있다.
구체적으로, 65∼150도의 범위인 경우 상대적으로 50도 또는 165도(비교예 2, 1)보다 높은 휘도를 나타내, 결과적으로 광 추출 효율을 더욱 증가시킴을 알 수 있다.
본 발명에 따른 컬러필터는 광 추출 효율을 향상시켜 화상표시장치에 도입시 고품위의 화질을 구현한다.
10, 50, 150: 컬러필터
11, 51, 151: 기판
13: 자발광 화소층
53a, 153a: 적색 화소 패턴 53b, 153b: 녹색 화소 패턴
53c, 153c: 청색 화소 패턴
55a, 55b, 55c. 55d, 155a, 155b, 155c. 155d: 격벽 또는 블랙 매트릭스
13: 자발광 화소층
53a, 153a: 적색 화소 패턴 53b, 153b: 녹색 화소 패턴
53c, 153c: 청색 화소 패턴
55a, 55b, 55c. 55d, 155a, 155b, 155c. 155d: 격벽 또는 블랙 매트릭스
Claims (5)
- 기판; 및
상기 기판 상에 양자점을 포함하여 적색, 녹색 및 청색 화소층을 갖는 자발광 화소 패턴을 포함하고,
상기 자발광 화소 패턴은 상부 에지면이 60 내지 150도의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 컬러필터. - 청구항 1에 있어서, 상기 기판에 대해 자발광 화소 패턴은 65 내지 90도의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러필터.
- 청구항 1에 있어서, 상기 자발광 화소 패턴은 전체 조성물의 함량 100 중량%를 만족하도록,
양자점 5 내지 80 중량%,
알칼리 가용성 수지 5 내지 70 중량%,
광경화성 화합물 5 내지 70 중량%, 및
개시제 0.1 내지 20 중량%를 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물로 제조하는 것을 특징으로 하는 컬러필터. - 청구항 3에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 카도계 수지인 것을 특징으로 하는 컬러필터.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 컬러필터를 포함하는 화상표시장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020150040754A KR20160114362A (ko) | 2015-03-24 | 2015-03-24 | 컬러필터 및 화상표시장치 |
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ID=57153931
Family Applications (1)
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| KR1020150040754A KR20160114362A (ko) | 2015-03-24 | 2015-03-24 | 컬러필터 및 화상표시장치 |
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180092529A (ko) * | 2017-02-09 | 2018-08-20 | 동우 화인켐 주식회사 | 유기발광소자 및 양자점발광소자의 화소정의막 형성용 흑색 감광성 수지 조성물 |
| JP2020508497A (ja) * | 2017-03-31 | 2020-03-19 | 東友ファインケム株式会社Ｄｏｎｇｗｏｏ Ｆｉｎｅ−Ｃｈｅｍ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． | 青色感光性樹脂組成物、これを用いて製造されたカラーフィルタおよび画像表示装置 |
| US10876046B2 (en) | 2018-07-02 | 2020-12-29 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Curable composition including quantum dot, resin layer using the same and display device |
| US10921709B2 (en) | 2018-02-06 | 2021-02-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Photosensitive resin composition, photosensitive resin layer using the same, and color filter |
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| KR20090036373A (ko) | 2007-10-09 | 2009-04-14 | 삼성전자주식회사 | 표시장치 |
-
2015
- 2015-03-24 KR KR1020150040754A patent/KR20160114362A/ko not_active IP Right Cessation
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