KR20170011208A

KR20170011208A - 컬러필터, 컬러필터의 제조방법 및 이를 구비한 화상표시장치

Info

Publication number: KR20170011208A
Application number: KR1020150103442A
Authority: KR
Inventors: 김훈식; 김주호
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-02-02
Also published as: KR102431437B1

Abstract

본 발명은 컬러필터, 컬러필터의 제조방법 및 이를 구비한 화상표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 상에 양자점을 포함하여 적색, 청색 및 녹색 패턴의 자발광 화소 패턴이 형성되며, 현상 공정에서 0.1 내지 0.5 MPa의 압력 하에 25 초 내지 180 초 동안 노광된 막을 현상액으로 처리하는 과정을 수행하여 자발광 화소 패턴의 표면 조도가 5 내지 500 nm인 컬러필터 및 이를 구비한 화상표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 컬러필터는 표면 조도를 일정 수준이 되도록 조절함으로써 종래 양자점을 구비한 컬러필터에서 발생하는 발광 효율 및 휘도 저하 문제를 해소하여, 이러한 컬러필터를 구비한 화상표시장치에서 구현되는 생생한 화질 구현과 함께 화면의 품질을 높이는 효과를 확보할 수 있으며, 본 발명에 따른 컬러필터의 제조방법은 현상 공정에서의 압력 및 시간 파라미터의 제어가 가능하여 발광강도(즉, 휘도) 조절의 효과를 확보할 수 있다.

Description

컬러필터, 컬러필터의 제조방법 및 이를 구비한 화상표시장치{COLOR FILTER, METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND IMAGE DISPLAY DEVICE EMPLOYING COLOR FILTER}

본 발명은 높은 발광 효율과 휘도를 확보하여 고품위의 화질을 구현할 수 있는 컬러필터, 컬러필터의 제조방법 및 이를 구비한 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 기판상에 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, 휴대단말기 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 자발광 수지 조성물을 코팅하고, 형성하고자 하는 형태의 패턴을 노광한 후, 비노광 부위를 용제로 제거하여 경화시키는 일련의 과정을 반복함으로써 착색 박막을 형성하는 방법으로, 휴대폰, 노트북, 모니터, TV 등의 LCD를 제조하는 데 활발하게 응용되고 있다.

근래에는 여러 가지 장점을 가지는 안료 분산법을 이용한 컬러필터용 감광성 수지 조성물에 있어서도 우수한 패턴 특성뿐만 아니라 높은 색재현율과 함께 고휘도 및 고명암비 등 더욱 향상된 성능이 요구되고 있는 실정이다.

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 낮추게되어 결국 고품질의 화면 구현을 어렵게 한다.

이에 우수한 패턴 특성뿐만 아니라 보다 다양한 색상 표현, 높은 색재현율과 함께 고휘도 및 고명암비 등 더욱 향상된 성능이 요구됨에 따라 염료나 안료 대신 자체 발광하는 양자점(Quantum Dot)의 사용이 제안되었다.

양자점은 광원에 의해 자체 발광하며 가시광선 및 적외선 영역의 광을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 양자점은 벌크 여기자 보어 반지름(bulk exciton Bohr radius)보다 더 작은, 1 내지 20 ㎚의 직경을 통상적으로 갖는 Ⅱ-Ⅵ,Ⅲ-Ⅴ,Ⅳ-Ⅵ족 반도체 재료들의 작은 결정들이다. 이러한 양자점의 광학 및 광전자 특성들은, 양자점의 물리적 크기를 변화시킴으로써 튜닝 및 조정될 수 있다. 이때 양자점은 흡수 개시(onset) 파장보다 더 짧은 파장들을 흡수하고, 흡수 개시 파장에서 광을 방출한다. 상기 양자점의 발광 스펙트럼들의 대역폭은, 온도 의존성 도플러 확장(Doppler broadening), 하이젠베르크 불확정성 원리(Heisenberg Uncertainty Principle) 및 양자점의 크기 분포와 관련된다. 이러한 양자점의 방출 대역은 크기를 변화시킴으로써 제어될 수 있어, 통상의 염료나 안료를 이용하여 도달 불가한(unattainable) 색들의 범위를 생성할 수 있다.

대한민국 특허공개 제2007-0094679호는 양자점들로 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 입자 크기가 나노수준을 가지므로 안료나 염료와 같은 벌크(bulk) 상태의 물질과는 다른 물리적 특성을 갖는다. 즉, 양자점에 의해 자발광된 빛은 360°로 발광하는데, 이때 굴절률 차이로 인해 컬러필터 내부에 빛이 갇히거나 측면방향으로도 빛이 누설된다. 또한, 내부양자효율이 20 % 수준으로, 양자점에 의해 발광된 빛이 외부로 빠져나오는 정도가 매우 낮다. 결과적으로 양자점을 구비한 컬러필터의 경우 원하는 수준의 발광 강도를 확보할 수 없고, 이에 따라 컬러필터의 휘도 저하 및 화상표시장치의 품질 저하를 가져온다.

대한민국 특허공개 제2007-0094679호(삼성전자주식회사, 2006.03.18) 대한민국 특허공개 제2009-0036373호(삼성전자주식회사, 2007.10.09)

이에 본 출원인은 양자점을 포함하는 컬러필터의 발광 효율과 휘도를 높이고자 다각적으로 연구한 결과, 양자점이 포함된 자발광 화소 패턴의 표면 조도(roughness)를 일정 수준으로 조절할 경우, 자발광된 빛을 효과적으로 수집하여 방출시켜 발광 효율과 휘도 저하문제를 해소할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 자발광 화소 패턴의 표면 조도를 조절하여 향상된 발광 효율과 휘도를 가지는 컬러필터를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 컬러필터를 구비하여 높은 휘도 특성을 가져 고품위의 화면을 구현할 수 있는 화상표시장치를 제공하는 데 있다.

더불어 본 발명의 또 다른 목적은 컬러필터의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 양자점을 포함하여 적색, 청색 및 녹색 패턴의 자발광 화소 패턴이 형성되며, 상기 자발광 화소 패턴의 표면 조도가 5 내지 500 nm인 컬러필터를 제공한다.

바람직하기로, 상기 자발광 화소 패턴의 표면 조도는 15 내지 300 nm인 것을 특징으로 한다.

이때 자발광 화소 패턴은 자발광 수지 조성물을 이용한 포토리쏘그래피 공정을 통해 형성되며, 이때 포토리쏘그래피 공정 중 현상 공정에서의 압력 및 시간을 제어하여 표면 조도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명에서 현상 공정은 0.1 내지 1.0 MPa, 바람직하기로 0.1 내지 0.5 MPa의 압력 하에, 20 내지 240 초, 바람직하게는 25 내지 180 초에서 수행한다.

또한, 본 발명은 조절된 표면 조도를 가진 컬러필터, 컬러필터의 제조방법 및 이를 구비한 화상표시장치를 제공한다.

본 발명에 따른 컬러필터는 표면 조도가 일정 수준이 되도록 형성함으로써 종래 양자점을 구비한 컬러필터에서 발생하는 발광 효율 및 휘도 저하 문제를 해소하여, 이러한 컬러필터를 구비한 화상표시장치에서 구현되는 생생한 화질 구현과 함께 화면의 품질을 높이는 효과를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 컬러필터의 제조방법은 현상 공정에서의 압력 및 시간 파라미터의 제어가 가능하여 발광강도(즉, 휘도) 조절의 효과를 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 컬러필터를 보여주는 단면도이다.

도 1은 본 발명에서 제시하는 컬러필터의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 컬러필터(10)는 기판(1); 및 상기 기판(1) 상에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 자발광 화소 패턴(3)이 위치한다.

자발광 화소 패턴(3)은 양자점을 포함하는 패턴을 의미하며, 특히, 본 발명에서는 자발광 화소 패턴(3)의 표면 조도를 조절함으로써 컬러필터(10)의 발광 효율과 휘도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 명세서에서 언급하는 표면 조도(roughness, 또는 표면 거칠기)는 표면 조도 측정기 DEKTAK-6M(Veeco사)로 측정된 수치를 의미하며, nm의 단위를 갖는다.

구체적으로, 양자점에 의해 자발광된 빛은 360°로 발광하는데, 이때 굴절률 차이로 인해 컬러필터(10) 내부에 빛이 갇히거나 측면방향으로도 빛이 누설(즉, 산란)된다. 결과적으로 일측 방향(즉, 정면)으로 발광되어야 할 빛이 갇히거나 누설되어 원하는 수준의 발광 휘도를 확보할 수 없는 문제가 발생한다. 이에 본 발명에서는 자발광 화소 패턴(3)의 표면 조도를 조절함으로써 양자점에 의해 발광되는 빛이 외부로 쉽게 빠져나오고 정면 방향으로 방출될 수 있도록 한다.

바람직하기로, 자발광 화소 패턴(3)의 표면 조도는 5 내지 500 nm, 바람직하기로 15 내지 300 nm, 더욱 바람직하기로 150 내지 300 nm가 되도록 한다. 만약, 상기 표면 조도가 상기 범위 미만이면(즉, 표면이 보다 매끈함을 의미) 자발광된 빛이 정면으로 도막의 계면을 투과하지 못하여 낮은 발광 효율을 가지고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 표면의 과도한 요철로 인해 발광되는 빛의 산란 및 굴절로 인해 이 또한 발광 효율의 저하를 가져온다.

상기와 같은 특정 표면 조도를 통해 컬러필터(10)의 자발광 화소 패턴(3) 내 갇히는 빛을 감소시키고 컬러필터(10)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

발광 효율은 컬러필터(10)의 휘도를 통해 측정될 수 있으며, 본 발명의 실험 예에 따르면, 상기 컬러필터(10)의 표면 조도에 따라 휘도가 달라지고, 이는 특정 조도에서 더욱 높은 수치를 나타내었다.

본 발명에서 제시하는 자발광 화소 패턴(3)의 표면 조도는 이 패턴을 형성하기 위한 자발광 수지 조성물의 조성(예, 양자점 입자 크기)을 변경하거나 제조방법을 제어하여 조절이 가능하다. 특히, 본 발명에서는 자발광 화소 패턴(3)을 형성하기 위해 포토리쏘그래피 공정을 수행하며, 이때 포토리쏘그래피 공정 중 하나인 현상 공정을 통해 상기 자발광 화소 패턴(3)의 표면 조도를 조절한다.

현상 공정은 특정 파장의 빛을 받은 후 현상액에서 용해도가 변하는 자발광 수지 조성물의 특성을 이용해 빛을 받은 부분과 그렇지 않은 부분을 선택적으로 제거하는 공정을 의미한다. 통상 현상 공정은 알칼리 현상액을 이용하여 상압에서 수행하는데, 본 발명에서는 상압이 아닌 일정 범위의 압력을 인가한 상태에서 특정 시간 동안 수행한다. 즉, 현상 공정 시 압력이 인가됨에 따라 자발광 화소 패턴(3)이 보다 밀도 있게 충진되어 패턴의 표면 조도를 제어할 수 있게 된다.

본 발명의 실험예에 따르면, 현상 공정 시 압력 및 시간을 조절하여 표면 조도를 측정한 결과, 상기 압력 및 시간 범위 미만(비교예 1)에서는 표면 조도가 매우 낮고, 이와 반대로 상기 압력 및 시간 범위를 초과해서 수행한 경우(비교예 2)에는 표면 조도가 높은 결과를 나타내, 현상 공정에서의 압력 및 시간 조절을 통해 표면 조도를 조절할 수 있음을 확인하였다. 또한, 추가의 실험예를 통해 표면 조도에 따른 발광 강도(즉, 휘도)를 측정하였고, 표면 조도에 따라 발광 강도가 달라짐을 확인하였으며, 이러한 결과로부터 현상 공정에서의 압력 및 시간 파라미터의 제어를 통해 컬러필터(10)의 발광 강도(즉, 휘도) 조절이 가능함을 알 수 있다.

본 현상 공정에서 사용하는 알칼리 현상액은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 통상의 현상 공정에서 사용하는 것이면 어느 것이든 사용 가능하다. 일례로, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 무기 알칼리류, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민 등의 유기알칼리류의 현상액을 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2.5 중량% 농도로 사용한다. 이때 알칼리 현상액은 현상 잔사의 제거를 촉진시키는 작용을 갖는 비이온성 계면활성제 등의 계면활성제나, 메탄올, 에탄올 등의 수용성 유기용매를 적당량 첨가한 것을 알칼리 현상액으로서 사용할 수도 있다.

상기 언급한 바에 따라 본 발명은 현상 공정의 파라미터를 조절하여 표면 조도가 조절된 자발광 화소 패턴(3)을 얻을 수 있다. 이때 자발광 화소 패턴은 양자점을 포함하는 자발광 수지 조성물로 제조되며, 하기에서 보다 자세히 설명한다.

<자발광 수지 조성물>

상기 자발광 화소 패턴은 발광 효율을 더욱 높이기 위해 그 조성을 조절한다. 자발광 화소 패턴은 양자점, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물 및 개시제를 포함하는 자발광 수지 조성물로 제조될 수 있으며, 이때 상기 알칼리 가용성 수지로 밀착력이 우수한 카도계 수지를 사용할 수 있다.

상기 자발광 수지 조성물은 바람직하게는 산란입자를 더 포함할 수 있다.

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 발명에 따른 양자점은 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.

본 발명에 따른 양자점의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 자발광수지 조성물 100 중량% 중 3 내지 80 중량%, 구체적으로는 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 자발광 화소 패턴을 형성하기 어려운 문제가 있다.

분산제

본 발명에서의 양자점은 필요하다면 분산제와 함께 사용할 수 있다.

상기 분산제는 안료의 탈응집 및 안정성 유지를 위해 첨가되는 것으로서 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 분산제는, 바람직하게는, 부틸메타아크릴레이트(BMA) 또는 N,N-디메틸아미노에틸메타아크릴레이트(DMAEMA)를 포함하는 아크릴레이트계 분산제 (이하, 아크릴레이트계 분산제라고 함)를 포함하는 것이 좋다. 상기 아크릴레이트계 분산제의 시판품으로는 DISPER BYK-2000, DISPER BYK-2001, DISPER BYK-2070 또는 DISPER BYK-2150 등을 들 수 있다.

상기 아크릴레이트계 분산제는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 분산제는 상기한 아크릴레이트계 분산제 이외에 다른 수지 타입의 안료 분산제를 사용할 수도 있다. 상기 다른 수지 타입의 안료 분산제로는 공지된 수지 타입의 안료 분산제, 특히 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트로 대표되는 폴리카르복실산 에스테르, 불포화 폴리아미드, 폴리카르복실산, 폴리카르복실산의 아민 염, 폴리카르복실산의 암모늄 염, 폴리카르복실산의 알킬아민 염, 폴리실록산, 장쇄 폴리아미노아미드 포스페이트 염, 히드록실기가 치환된 폴리카르복실산의 에스테르 및 이들의 개질 생성물, 프리(free) 카르복실기를 갖는 폴리에스테르와 폴리(저급 알킬렌이민)의 반응에 의해 형성된 아미드 또는 이들의 염, (메트)아크릴산-스티렌 코폴리머, (메트)아크릴산-(메트)아크릴레이트 에스테르 코폴리머, 스티렌-말레산 코폴리머, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈과 같은 수용성 수지 또는 수용성 폴리머 화합물; 폴리에스테르; 개질 폴리아크릴레이트; 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드의 부가생성물 및 포스페이트 에스테르 등을 들 수 있다.

상기 수지 타입의 안료 분산제의 시판품으로는 양이온계 수지 분산제로써, 예를 들면, BYK (빅) 케미사의 상품명: DISPER BYK-160, DISPER BYK-161, DISPER BYK-162,DISPER BYK-163, DISPER BYK-164, DISPER BYK-166, DISPER BYK-171, DISPER BYK-182,DISPER BYK-184; 바스프사의 상품명: EFKA-44, EFKA-46, EFKA-47, EFKA-48,EFKA-4010, EFKA-4050, EFKA-4055, EFKA-4020, EFKA-4015, EFKA-4060, EFKA-4300, EFKA-4330, EFKA-4400, EFKA-4406, EFKA-4510, EFKA-4800 ; Lubirzol사의 상품명:SOLSPERS-24000, SOLSPERS-32550, NBZ-4204 /10; 카와켄 파인 케미컬사의 상품명: 히노액트 (HINOACT) T-6000, 히노액트 T-7000, 히노액트 T-8000; 아지노모토사의 상품명: 아지스퍼 (AJISPUR) PB-821, 아지스퍼 PB-822, 아지스퍼 PB-823; 쿄에이샤 화학사의 상품명: 플로렌 (FLORENE) DOPA-17HF, 플로렌 DOPA-15BHF, 플로렌 DOPA-33, 플로렌 DOPA-44 등을 들 수 있다.

상기한 아크릴레이트계 분산제 이외에 다른 수지 타입의 안료 분산제는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있으며, 아크릴레이트계 분산제와 병용하여 사용할 수도 있다.

상기 분산제의 사용량은 사용되는 자발과 수지 조성물 100 중량부에 대하여 5 내지 60 중량부, 더욱 바람직하게는 15 내지 50 중량부 범위이다. 분산제의 함량이 상기의 기준으로 60 중량부를 넘게 되면 점도가 높아질 수 있으며, 5 중량부 미만일 경우에는 양자점의 미립화가 어렵거나, 분산 후 겔화 등의 문제를 야기할 수 있다.

분산수지

본 발명에서의 양자점은 필요하다면 분산수지와 함께 사용할 수 있다.

상기 분산수지는 양자점의 분산매로 작용하는 것으로 선택적으로 첨가될 수 있으며, 분산제의 단독 사용에 비해 분산수지의 혼합사용으로 더욱 우수한 양자점 분산 조성물의 제조가 가능하다. 분산수지의 경우 분산매로 작용가능하면 제한 없이 사용가능하나 양자점 분산 조성물로 제조되는 자발광 수지 조성물의 현상성을 고려하여 알칼리 현상액에 대해 용해성을 갖기 위해 산가가 있는 것이 바람직하다.

여기서 산가란, 아크릴계 중합체 1 g을 중화하는 데 필요한 수산화칼륨의 양 (mg)으로서 측정되는 값이며, 통상적으로 수산화칼륨 현상액을 사용하여 적정함으로써 구할 수 있다.

산가가 있는 분산수지의 경우 카르복실기와 불포화 결합을 갖는 화합물과 공중합이 가능한 불포화 결합을 갖는 화합물을 공중합하여 제조가 가능하다.

카르복실산기와 불포화 결합을 갖는 화합물의 구체적인 예로는 아크릴산, 메타아크릴산, 크로톤산 등의 모노카르복실산류; 푸마르산, 메사콘산, 이타콘산 등의 디카르복실산류; 및 이것들 디카르복실산의 무수물; ω-카르복시폴리카프로락톤모노(메타)아크릴레이트 등의 양 말단에 카르복실기와 수산기를 갖는 폴리머의 모노(메타)아크릴레이트 류 등을 들 수 있으며 아크릴산, 메타아크릴산이 바람직하다.

상기 카르복실산기와 불포화 결합을 갖는 화합물은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다. 상기 화합물과 공중합이 가능한 불포화 결합을 갖는 화합물의 구체적인 예로는 스티렌, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌, p-클로로스티렌, o-메톡시스티렌, m-메톡시스티렌, p-메톡시스티렌, o-비닐벤질메틸에테르, m-비닐벤질메틸에테르, p-비닐벤질메틸에테르, o-비닐벤질글리시딜에테르, m-비닐벤질글리시딜에테르 또는 p-비닐벤질글리시딜에테르 등의 방향족 비닐 화합물; 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, i-프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, i-부틸(메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트 또는 t-부틸(메타)아크릴레이트 등의 알킬(메타)아크릴레이트류; 시클로펜틸(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 2-메틸시클로헥실(메타)아크릴레이트, 트리시클로[5.2.1.02,6]데칸-8-일(메타)아크릴레이트, 2-디시클로펜타닐옥시에틸(메타)아크릴레이트 또는 이소보르닐(메타)아크릴레이트 등의 지환족(메타)아크릴레이트류; 페닐(메타)아크릴레이트 또는 벤질(메타)아크릴레이트 등의 아릴(메타)아크릴레이트류; 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 또는 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트 등의 히드록시알킬(메타)아크릴레이트류; N-시클로헥실말레이미드, N-벤질말레이미드, N-페닐말레이미드, N-o-히드록시페닐말레이미드, N-m-히드록시페닐말레이미드, N-p-히드록시페닐말레이미드, N-o-메틸페닐말레이미드, N-m-메틸페닐말레이미드, N-p-메틸페닐말레이미드, N-o-메톡시페닐말레이미드, N-m-메톡시페닐말레이미드, N-p-메톡시페닐말레이미드 등의 N-치환 말레이미드계 화합물; (메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드 등의 불포화 아미드 화합물; 3-(메타크릴로일옥시메틸)옥세탄, 3-(메타크릴로일옥시메틸)-3-에틸옥세탄, 3-(메타크릴로일옥시메틸)-2-트리플루오로메틸옥세탄, 3-(메타크릴로일옥시메틸)-2-페닐옥세탄, 2-(메타크릴로일옥시메틸)옥세탄 또는 2-(메타크릴로일옥시메틸)-4-트리플루오로메틸옥세탄 등의 불포화 옥세탄 화합물 등을 들 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 공중합이 가능한 불포화 결합을 갖는 화합물은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

상기 분산수지의 사용량은 사용되는 자발광 수지 조성물 100 중량부에 대하여 바람직하게는 5 내지 60 중량부, 더욱 바람직하게는 10 내지 50 중량부의 범위이다. 분산수지의 함량이 상기의 기준으로 60 중량부를 넘게 되면, 분산수지에 의해 점도가 높아질 수 있으며, 5 중량부 미만에서는 분산수지의 양이 불충분하여 미립화된 양자점 분산 조성물을 얻을 수 없다.

알칼리 가용성 수지

알칼리 가용성 수지는 광 작용에 의한 반응성 및 알칼리 용해성을 가지며 양자점을 비롯한 고형분의 분산매로서 작용하며 결착 수지의 기능을 하며, 이는 자발광 수지 조성물을 이용한 자발광 화소 패턴 제조의 현상 단계에서 사용된 알칼리 수용에 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 1 g을 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 비노출부의 용해성이 탁월하고 해상도를 향상시킬 수 있다.

상기 카도계 수지와 같은 알칼리 가용성 수지는 전체 자발광 수지 조성물 100 중량% 내에서 5 내지 80 중량%, 바람직하기로 7 내지 50 중량%로 사용한다. 이러한 함량은 현상액에 대한 용해도와, 자발광 화소 패턴 형성 등을 다각적으로 고려하여 선정된 범위로서, 상기 범위 내에서 사용할 경우 현상액에 대한 용해성이 충분하여 자발광 화소 패턴 형성이 용이하며, 현상시에 노광부의 화소 부분의 막감소가 방지되어 비화소 부분의 누락성이 양호해진다.

산란입자

상기 산란입자는 컬러필터의 발광 효율을 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 발광 효율을 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 가라앉으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.

또한, 자발광 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 강도를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과할 경우 더 이상의 발광 강도 증가 효과가 미비할 뿐만 아니라 조성물의 안정성 저하 문제가 발생하므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.

첨가제

상기 첨가제는 광중합성 화합물 내지 광중합 개시제가 사용될 수 있다.

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 가가쿠 고교) 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 수지 조성물 100 중량% 중, 5 내지 45 중량% 포함되는 것이 바람직하고, 특히 7 내지 45 중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다.

상기 광중합 개시제는 광중합성 화합물을 중합시킬 수 있는 것이면 그 종류를 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있다.

특히, 상기 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'-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'-테트라페닐-1,2'비이미다졸이 바람직하게 사용된다.

상기 옥심 화합물의 구체적인 예로는 o-에톡시카르보닐-α-옥시이미노-1-페닐프로판-1-온 등을 들 수 있으며, 시판품으로 Ciba Specialty Chemical사의 Irgacure OXE01, Irgacure OXE03, Irgacure 369가 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.

상기 광중합 개시제는 본 발명의 자발광 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 알칼리 가용성 수지와 광중합성 화합물의 합에 대해서 0.1 내지 40 중량%, 바람직하게는 1 내지 30 중량% 포함될 수 있다. 상기 광중합 개시제가 상술한 0.1 내지 40 중량% 범위 내에 있으면, 자발광 수지 조성물이 고감도화되어 노광 시간이 단축되므로 생산성이 향상되며 높은 해상도를 유지할 수 있기 때문에 바람직하다.

(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 구체적으로는, 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 발광특성의 저하가 없고, 광 반응성이 우수하여 발광성이 우수한 화소 패턴을 형성할 수 있다.

상기 광중합성 화합물의 함량은 자발광 수지 조성물 100 중량%에 대해서 통상 5 내지 70 중량%, 구체적으로는 10 내지 60 중량%의 범위에서 사용된다. 이때 상기 광중합성 화합물이 전술한 함량 범위로 사용되는 경우, 광원에 대해 화소 패턴의 형성이 용이하기 때문에 바람직하다. 만약 함량이 5 중량% 미만이면 광에 의한 광경화도가 저하되어 화소 패턴 형성이 어렵게 되고, 반대로 70 중량%를 초과하면 패턴이 박리되는 문제가 발생한다.

용제

용제는 상기 언급한 바의 조성을 용해 또는 분산시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 사용하며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며 특히 에테르류, 방향족 탄화수소류, 케톤류, 알콜류, 에스테르류 또는 아미드류 등이 바람직하다.

상기 용제는 구체적으로 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르, 디프로필렌글리콜디프로필에테르, 디프로필렌글리콜디부틸에테르 등의 에테르류; 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소류; 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥사놀, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 알코올류; 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 아밀아세테이트, 메틸락테이트, 에틸락테이트, 부틸락테이트, 3-메톡시부틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시-1-부틸아세테이트, 메톡시펜틸아세테이트, 에틸렌글리콜모노아세테이트, 에틸렌글리콜디아세테이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노아세테이트, 디에틸렌글리콜디아세테이트, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노아세테이트, 프로필렌글리콜디아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 또는 γ-부티로락톤 등의 에스테르류 등을 들 수 있다.

상기 용제는 도포성 및 건조성면에서 비점이 100 내지 200 ℃인 유기 용제가 바람직하며 좀더 바람직하게는 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 시클로헥사논, 에틸락테이트, 부탈락테이트, 3-에톡시프로피온산에틸 또는 3-메톡시프로피온산메틸 등을 이용할 수 있다.

상기 예시한 용제는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 용제는 자발광 수지 조성물 100 중량%를 기준으로 60 내지 90 중량%, 바람직하게는 70 내지 85 중량% 포함될 수 있다. 상기 용제가 상술한 60 내지 90 중량%의 범위이면, 롤 코터, 스핀 코터, 슬릿 앤드 스핀 코터, 슬릿 코터 (다이 코터) 또는 잉크젯 등의 도포 장치로 도포했을 때 도포성이 양호해지는 효과를 제공한다.

<패턴 제조 방법-포토리쏘그래피 공정>

상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 컬러필터(10)는 기판(1) 상에 자발광 화소 패턴(3)을 형성한 구조를 가지며, 이때 자발광 화소 패턴(3)은 상기 제시한 자발광 수지 조성물을 이용한 포토리쏘그래피 공정으로 제조된다.

자발광 화소 패턴은 일례로 자발광 수지 조성물을 기판 상에 코팅 후 노광 및 현상하는 단계를 거쳐 패턴을 형성할 수 있으며, 이때 각 단계 사이에 프리 베이크, 또는 포스트 베이크 공정을 수행할 수 있다.

먼저, 기판 상에 자발광 수지 조성물을 코팅 후 건조하여 코팅막을 형성한다.

상기 기판은 유리기판, 규소 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼 및 플라스틱 등이 가능하며, 코팅은 스핀 코팅, 롤러 코팅, 스프레이 코팅 등 통상의 습식 코팅 방법을 사용한다. 이때 코팅 두께는 자발광 수지 조성물의 용도에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들면 0.5 내지 10 ㎛의 두께일 수 있다.

상기 건조는 조성물 내 용매 또는 휘발성 성분을 제거시키는 공정으로, 사용하는 용매에 따라 건조 온도 및 시간이 달라질 수 있다. 이때 얻어지는 코팅막은 자발광 수지 조성물로 이루어져 있고, 휘발성 성분들을 거의 함유하지 않는다.

건조 이후 필요한 경우 프리 베이크 공정을 수행할 수 있다. 프리 베이크는 오븐, 핫 플레이트 등에 의해 가열함으로써 행해진다. 이때 프리 베이크에 있어서의 가열 온도 및 가열 시간은 사용하는 용제에 따라 선택되어 예를 들면, 80 내지 150 ℃의 온도로 1 내지 30 분간 행해진다.

다음으로, 코팅막에 포토마스크를 통해 광선을 조사하는 노광 공정을 수행한다.

조사에 사용되는 광원은 190 내지 450 nm 영역의 UV 광선, 전자선 및 X선일 수 있으며, 예컨대 g 라인, h 라인, i 라인 등을 보통 사용한다. 상기 포토마스크는 광선을 차광시키기 위한 것으로, 포토마스크의 형태에 따라 노광부/비노광부의 영역이 정의된다.

다음으로, 상기 코팅막을 알칼리 현상액으로 처리하여 비노광부를 용해하고 노광부로 이루어진 패턴을 형성하는 현상 공정을 수행한다.

이때, 현상액은 전술한 바의 공정에 따라 수행한다.

현상 공정은 통상 디핑법, 샤워법, 또는 스프레이법이 사용될 수 있으며, 비노광부 영역이 제거되고, 노광부 영역만 선택적으로 잔류하여 패턴을 구성한다.

본 발명에서는 현상 공정에 대한 파라미터 중 압력 및 시간을 조절함으로써 본 발명에서 제시하는 자발광 화소 패턴의 표면 조도를 조절하였으며, 구체적으로, 본 발명에서 현상 공정은 0.1 내지 1.0 MPa, 바람직하기로 0.1 내지 0.5 MPa의 압력 하에, 20 내지 240 초, 바람직하게는 25 내지 180 초에서 수행한다.

현상 후에는 물로 세정 후 건조하고, 필요한 경우 가열 처리인 포스트 베이크 공정을 180 내지 250 ℃의 온도에서 수행한다.

상기 단계를 거쳐 얻어진 자발광 화소 패턴은 높은 현상성을 갖는 비노광부의 현상성은 유지하되, 낮은 현상성을 갖는 노광부의 현상성만을 더욱 낮추고, 이러한 노광부/비노광부의 현상성의 차이로 감도가 향상되어, 결과적으로 우수한 품질의 자발광 화소 패턴을 가진 컬러필터의 생산이 가능해진다.

진술한 바의 컬러필터는 다양한 화상표시장치에 적용될 수 있다.

<화상표시장치>

본 발명은 전술한 현상공정으로 자발광 화소 패턴에 조절된 표면 조도를 가지는 컬러필터를 제공한다.

본 발명의 컬러필터는 통상의 액정 표시장치뿐만 아니라, 전계발광 표시장치, 플라스마 표시장치, 전계방출 표시장치 등 각종 화상표시장치에 적용이 가능하다.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 상기 자발광 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.

본 발명에 따른 화상표시장치는 발광 효율이 우수하며 높은 휘도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위한 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; 카도계 수지의 합성

교반기, 온도계, 환류냉각관이 구비된 1000 ml플라스크에 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 중량부 첨가한 후 3 시간 동안 온도를 유지하며 교반 하였다. 반응이 종료되면 온도를 서서히 상온으로 내리고 증류수를 첨가하여 침전시켰다. 필터하여 침전물만 남긴 뒤, 침전물을 증류수로 2~3회 씻어준 다음 건조시켰다.

이후 이렇게 얻어진 침전물 10 중량부를 교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 1000 ml플라스크에 투입한 다음, 여기에 테트라메틸암모늄클로라이드 3 중량부, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 50 중량부, 프탈릭언하이드라이드 5 중량부를 넣고 질소 치환하였다. 이후 반응액을 교반하며 온도를 110 ℃로 상승 시키고 상승 후 7 시간 반응하였다. 반응 후 5,5'-(페리플루오로프로판-2,2-다일)다이벤조[데]이소크로멘-1,3-다이온 5 중량부를 넣고 추가 6 시간 반응시켰다. 정제 후 산가 123 ㎎KOH/g, 중량 평균 분자량은 12,300인 알칼리 가용성 수지를 얻었다.

실시예 1; 내지 3 및 비교예 1 내지 2: 컬러필터의 제조

하기 표 1에 기재된 바의 조성으로 자발광 수지 조성물을 제조한 후 기판 상에 코팅 후 포토리쏘그래피 공정을 통해 컬러필터를 제작하였다. 상기 포토리쏘그래피 공정 중 현상 공정은 하기 표 1에 나타낸 바의 압력 및 시간 하에서 수행하였다.

조성 (중량%)		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
양자점 A-1¹⁾		33	33	37.5	33	37.5
알칼리 가용성 수지² ⁾		13	13	12	13	12
광중합성 화합물³ ⁾		2.6	2.6	2.1	2.6	2.1
광중합개시제	B-1⁴⁾	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
	B-2⁵⁾	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
	B-3⁶⁾	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
	B-4⁷⁾	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
용매⁸ ⁾		50	50	47	50	47
현상 압력(MPa)		0.5	0.1	0.1	0.01	1.5
현상 시간(초)		120	40	120	10	300
1)양자점 A-1 : 제조예 1의 CdSe(코어)/ZnS(쉘) 구조 양자점 A-1 2)알칼리 가용성 수지 : 제조예 2의 카도계 수지 3)광중합성 화합물 : 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트호박산모노에스테르 (카르복시산함유 5관능 광중합성 화합물)(TO-1382, 동아합성 제조) 4)광중합 개시제 B-1: Irgacure 369(BASF사 제조) 5)광중합 개시제 B-2 : 4,4'-디(N,N'-디메틸아미노)-벤조페논(호도가야 카가쿠사 제조) 6)광중합 개시제 B-3 : Irgacure OXE01(BASF사 제조) 7)광중합 개시제 B-4 ; Irgacure OXE03(BASF사 제조) 8)용매 : 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트

상기 표 1의 조성을 혼합하여 자발광 수지 조성물을 제조한 후, 스핀 코팅법으로 유리 기판 위에 도포한 다음, 가열판 위에 놓고 100 ℃의 온도에서 2 분간 유지하여 박막을 형성시켰다.

이어서 상기 박막 위에 투과율 100 %를 가지는 가로x세로 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 1 KW의 고압 수은등을 사용하여 50 mJ/㎠의 조도로 조사하였으며, 특별한 광학 필터는 사용하지 않았다.

상기에서 자외선이 조사된 박막을 상기 각각의 현상 압력으로 pH 10.5의 KOH 현상액에 상기 각각의 시간 동안 담가 현상하였다. 이 박막이 입혀진 유리기판을 증류수를 사용하여 세척한 다음, 질소 가스를 불어서 건조하고, 230 ℃의 가열 오븐에서 20 분 동안 가열하여 자발광 화소 패턴을 제조하였다. 상기에서 제조된 패턴의 두께는 3.0 ㎛이었다.

실험예 1; 표면 조도와 휘도 측정

상기 실시예 및 비교예에서 제작된 컬러필터 내 자발광 화소 패턴의 표면 조도는 표면 조도 측정기 DEKTAK-6M(Veeco사)를 이용하여 측정하였고, 이때 컬러필터의 휘도는 Ocean Optics inc.사의 USB2000 Fiber Optic Spectrometer 제품을 사용하여 패턴에서 발생하는 광량을 전파장의 면적으로 환산하여 계산하여 측정하였다. 이때 측정된 발광 휘도는 그 수치가 높을수록 발광 효율이 높음을 의미한다.

	표면 조도(nm)	발광 휘도(nt)
실시예 1	150	43,100
실시예 2	10	21,700
실시예 3	300	36,900
비교예 1	4	15,000
비교예 2	600	18,000

표 2를 참조하면, 본 발명에서 제시하는 실시예 1 내지 3은 자발광 화소 패턴의 표면 조도가 5 내지 500 nm의 값을 가지지 않는 비교예 1 및 2에 비하여 발광 휘도가 향상되었음을 확인할 수 있다.

반면에, 비교예 1 및 2의 경우 표면 조도가 청구 범위 5 ~ 500 nm를 벗어나 낮은 발광 휘도를 보이는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 따라 현상시간을 20 내지 240 초하였을 때 높은 발광 휘도를 나타내었으며, 결과적으로 표면 조도가 너무 작거나 큰 것보다는 일정 범위인 5 내지 500 nm의 값을 가졌을 때 높은 발광 휘도를 나타냄을 알 수 있다.

본 발명에 따른 컬러필터는 화상표시장치에 도입되어 높은 발광 효율 및 휘도를 유지하여 고품위의 생생한 화질을 구현할 수 있다.

1: 기판 3: 자발광 화소 패턴
10: 컬러필터

Claims

기판 상에 양자점을 포함하여 적색, 청색 및 녹색 패턴의 자발광 화소 패턴이 형성되며,
상기 자발광 화소 패턴의 표면 조도가 5 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 컬러필터.
제1항에 있어서, 상기 표면 조도는 15 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는 컬러필터.
제1항에 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 컬러필터.
제1항에 있어서, 상기 자발광 화소 패턴은 산란입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터.
제4항에 있어서, 상기 산란입자는 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 컬러필터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
양자점을 포함하는 자발광 수지 조성물을 기판 상에 코팅 및 건조하여 코팅막을 형성하는 단계;
상기 코팅막을 노광 및 현상하여 자발광 화소 패턴을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 현상은 0.1 내지 1.0 MPa의 압력 하에 20 초 내지 240 초 동안 노광된 막을 현상액으로 처리하는 것을 포함하는, 제1항의 컬러필터의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 현상은 0.1 내지 0.5 MPa의 압력 하에 25 초 내지 180 초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 자발광 수지 조성물은 전체 조성물 100 중량%를 기준으로,
양자점 3 내지 80 중량%,
알칼리 가용성 수지 5 내지 80 중량%,
광중합성 화합물 2 내지 70 중량%,
광중합 개시제 0.1 내지 20 중량%, 및
용매를 잔부로 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 자발광 수지 조성물은 상기 자발광 수지 조성물 100 중량%를 기준으로, 산란입자 0.1 내지 50 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.