KR20170019413A - Lcd의 컬러 필터를 위해 사용된 안트라퀴논 화합물 - Google Patents

Lcd의 컬러 필터를 위해 사용된 안트라퀴논 화합물 Download PDF

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Abstract

액정 디스플레이 디바이스에 사용되는 컬러 필터를 형성하기에 적합한 안트라퀴논 화합물, 수지 및 상기 안트라퀴논 화합물을 함유하는 조성물, 상기 조성물로부터 형성된 폴리머 층, 및 상기 조성물로부터 형성된 컬러 필터를 갖는 물품이 개발된다.

Description

LCD의 컬러 필터를 위해 사용된 안트라퀴논 화합물{ANTHRAQUINONE COMPOUND USED FOR COLOR FILTER OF LCD}
본 발명은 액정 디스플레이 디바이스를 위해 사용된 컬러 필터를 형성하기 위해 적합한 안트라퀴논 화합물, 안트라퀴논 화합물의 합성 방법, 수지 및 안트라퀴논 화합물을 함유하는 조성물, 상기 조성물로부터 형성된 폴리머 층 및 상기 조성물로부터 형성된 컬러 필터를 갖는 물품에 관한 것이다.
액정 디스플레이 (LCD)는 그것의 탁월한 성능 및 얇은 두께로 인해 현재 디스플레이 시장을 장악하고 있다. LCD 디바이스의 주요 성분으로서, 반투명한 컬러 필터는 백시트로부터 백색광을 필터링하여 적색/녹색/청색 광을 발생시키는 중대한 역할을 한다. 이러한 능력은 컬러 필터 유닛에 포함된 적색/녹색/청색 착색제로부터 비롯된다. 각각의 착색제는 특징적인 흡수 스펙트럼을 가지며, 380 nm 내지 780 nm의 백색 가시광-파장 범위로 조사될 때 3가지 1차 색상 중 하나를 보여줄 것이다. 착색제에 의해 생성된 각각의 컬러 필터 유닛으로부터의 1차 색상의 조절된 혼합은 픽셀의 최종 색상을 발생시킬 것이다. 컬러 필터의 효율은 LCD의 성능에 직접적으로 영향을 준다.
통상적으로, LCD 컬러 필터에 사용되는 상업화된 착색제는 안료이며, 그 이유는 그것이 열, 빛 및 화학물질에 대해 양호한 안정성을 갖기 때문이다. 불행하게도 안료는 그것의 고유한 불용해성 특성으로 인해 컬러 필터를 제조하기 위한 컬러 레지스트에 부가되기 전에 마이크로/나노 입자로 분쇄되어야 한다. 컬러 필터가 조사될 때, 약 100 nm의 직경을 갖는 이들 입자 상에서 광 산란이 일어날 것이다. 그 결과 투과율이 낮아질 것이며, 이는 더 많은 광 에너지가 충분한 휘도의 LCD를 제공하기 위해 적용되어야 한다는 것을 의미한다.
안료와 대조적으로, 염료는 많은 물질에서 가용성이며, 상기 물질은 염료가 분자 수준에서 분산될 수 있음을 보장한다. 염료가 안료 대신에 컬러 필터에 사용되는 경우, 광 산란이 유의미하게 감소될 것이다. 따라서, 염료 기반 컬러 필터가 높은 투과율을 가질 것이고 이에 따라 에너지 비용이 크게 감소될 것으로 사료될 것이다. 그러나, 빛, 열 및 화학물질 저항에 대한 염료의 안정성은 일반적으로 안료보다 열등하다. 그 결과, 현재, 상업화된 LCD 컬러 필터는 안료를 함유하며, 한편 소수의 LCD는 안료 및 염료의 하이브리드 (또는 조합)을 함유한다.
일부 안트라퀴논 염료가 LCD의 컬러 필터를 위해 사용된다. 컬러 필터를 위한 일부 안트라퀴논 염료가 제안되었지만 (참고: 예를 들면 CN102298263A, WO2006024617A, US6713641B, US3918976 및 US6593483B), 이들 염료는 일반적으로 불충분한 열 안정성을 가지거나 컬러 필터용으로 흔한 유기 용매에 불용성이다.
안트라퀴논 구조가 안정할지라도, 유기 용매 중 안트라퀴논 염료의 낮은 용해도는 컬러 필터를 위한 안트라퀴논 염료의 사용을 막는다. 따라서, 안정하고 동시에 유기 용매에서의 용해도를 만족시키는 안트라퀴논 염료가 여전이 요구된다.
본 발명의 발명자들은 본 발명에 이르러 안정하고 유기 용매에서 양호한 용해도를 갖는 신규 유형의 안트라퀴논 화합물을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 한 측면은 일반식 (1)로 나타낸 안트라퀴논 화합물에 관한 것이다:
Figure pct00001
식 (1)
식 중, R1 내지 R10은 독립적으로 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 할로겐 원자, 하이드록실 기, 수소 원자, 시아노 기, 설포닐 기, 설포 기, 아릴 기, 니트로 기, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알콕실 기 및 -A-(N,N-디알릴아미드) (여기서 A는 산소 원자 및 질소 원자로부터 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 함유할 수 있는 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소의 연결 기이다)로 구성된 군으로부터 선택되며, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -A-(N,N-디알릴아미드)이다.
본 발명의 또 다른 측면은 안트라퀴논 화합물의 합성 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 N,N-디알릴-2-클로로아세트아미드 및 N,N-디알릴-2-브로모아세트아미드로부터 선택된 디알릴 아미드 화합물을 하기 식 (9)로 나타낸 화합물과 반응시키는 단계를 포함한다:
Figure pct00002
(9)
식 중, R1 내지 R10은 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 할로겐 원자, 하이드록실 기, 수소 원자, 시아노 기, 설포닐 기, 설포 기, 아릴 기, 니트로 기, 1 내지 20개의 탄소 원자 및 하이드록실 기를 갖는 알콕실 기로 구성된 군으로부터 선택되며, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 하이드록실 기이다.
본 발명의 추가의 측면은 안트라퀴논 화합물 및 수지, 또는 안트라퀴논 화합물과 수지의 반응 생성물을 포함하는 조성물; 상기 조성물로부터 형성된 폴리머 층 및 상기 조성물로부터 형성된 컬러 필터를 갖는 물품에 관한 것이다.
이러한 기의 안트라퀴논 화합물은 LCD 제조 공정에 사용되는 유기 용매에 대해 충분히 높은 용해도를 가지며, 따라서 본 발명의 안트라퀴논 화합물은 LCD에 사용되는 컬러 필터에 유용하다. 또한, 안트라퀴논 화합물 내의 알릴 기는 수지 또는 컬러 필터 내 다른 성분과 반응할 수 있으며, 따라서 본 발명의 화합물을 포함하는 컬러 필터는 높은 열 안정성을 달성한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용된 바와 같이, 하기 주어진 약어는, 맥락상 다르게 명확히 지시되지 않으면, 하기 의미를 갖는다: g = 그램; mg = 밀리그램; mm = 밀리미터; min.= 분(들); s = 초(들); hr.= 시간(들); rpm = 분당 회전수; ℃ = 섭씨 온도. 본 명세서 전체에 걸쳐, "(메트)아크릴"은 "아크릴" 또는 "메타크릴" 기능성이 존재할 수 있음을 나타내는데 사용된다. 본 명세서 전체에 걸쳐 사용된 바와 같이, 단어 '수지' 및 '폴리머'는 상호교환적으로 사용된다. 단어 '알칼리성 가용성 수지' 및 '결합제'는 상호교환적으로 사용된다.
< 안트라퀴논 화합물>
본 발명은 일반 식 (1)로 나타낸 화합물을 제공한다.
Figure pct00003
식 (1)
식 (1)에서, R1 내지 R10은 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 할로겐 원자, 하이드록실 기, 수소 원자, 시아노 기, 설포닐 기, 설포 기, 아릴 기, 니트로 기, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알콕실 기 및 -A-(N,N-디알릴아미드)로 구성된 군으로부터 선택된다. A는 산소 원자 및 질소 원자로부터 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 함유할 수 있는, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소의 2가 연결 기이다. 탄화수소는 방향족, 지환족 또는 지방족 탄화수소 또는 이들의 조합을 함유한다. 탄화수소는 산소 원자 및 질소 원자로부터 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 함유할 수 있다. R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -A-(N,N-디알릴아미드)이다.
바람직하게는, R1 내지 R10은 알킬 기, 수소 원자 및 -A-(N,N-디알릴아미드)로 구성된 군으로부터 선택된다.
알킬 기는 적어도 1개의 탄소 원자를 가지며, 20개 미만의 탄소 원자, 바람직하게는 4개 미만의 탄소 원자를 갖는다. 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 헥실, 옥틸, 데실, 도데실, 헥사데실, 옥타데실, 이소프로필, sec-프로필, sec-부틸, tert-부틸, 2-에틸헥실, 사이클로헥실, 1-노르보르닐 및 1-아다만틸이다.
알콕실 기는 적어도 1개의 탄소 원자를 가지며, 20개 미만의 탄소 원자, 바람직하게는 4개 미만의 탄소 원자를 갖는다. 알콕실 기의 예는 메톡실, 에톡실, 프로폭실, 부톡실, 헥스옥실, 옥톡실, sec-부톡실 및 tert-부톡실이다.
바람직한 연결 기, A는 하기 식 (2) 내지 (8)로 표시된다.
Figure pct00004
식 (2)의 화합물이 가장 바람직하다.
이들 화합물은 합성에 적합한 조건 (온도, 시간, 몰비 또는 용매) 하에 디알릴아미드를 갖는 적어도 하나의 치환체를 디아릴아민 안트라퀴논의 적어도 하나의 아릴 기에 도입하여 합성될 수 있다. 이들 안트라퀴논 화합물을 합성하는 방법의 예는 하기 개시된다.
Figure pct00005
본 발명의 안트라퀴논 화합물은 혼합물로서 사용될 수 있다. 예들 들면, 식 (1) 화합물의 R1 내지 R10과 상이한 치환체를 갖는 2종 이상의 안트라퀴논 화합물이 혼합물로서 사용될 수 있다. 2종 이상의 안트라퀴논 화합물의 혼합물은 다양한 유기 용매에서 화합물의 용해도를 증가시킬 수 있다.
식 (1)의 안트라퀴논 화합물은 LCD의 컬러 필터에 유용하며, 그 이유는 본 발명의 안트라퀴논 화합물이 탁월한 열 안정성, 및 LCD의 제조에 사용되는 유기 용매 예컨대 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 (PEGMIA)에 대해 충분히 높은 용해도를 갖기 때문이다. 본 발명의 발명자들은 화합물의 디아릴아민 구조가 화합물의 용해도를 증가시킬 것으로 예상한다.
본 발명의 또 다른 측면은 A로 개시된 연결 기가 식 (2)로 나타낸 안트라퀴논 화합물의 합성 방법이다. 상기 방법은 N,N-디알릴-2-클로로아세트아미드 및 N,N-디알릴-2-브로모아세트아미드로부터 선택된 디알릴 아미드 화합물을 하기 식 (9)로 나타낸 화합물과 반응시키는 것을 포함한다.
Figure pct00006
(9)
식 (9)에서, R1 내지 R10은 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 할로겐 원자, 하이드록실 기, 수소 원자, 시아노 기, 설포닐 기, 설포 기, 아릴 기, 니트로 기, 1 내지 20개의 탄소 원자 및 하이드록실 기를 갖는 알콕실 기로 구성된 군으로부터 선택되고, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 하이드록실 기이다.
식 (9)로 나타낸 화합물은 하기 2개 단계로 합성될 수 있다. 제1 단계는 2,3-디하이드로-9,10-디하이드록시-1.4-안트라퀴논 (레코퀸자린(lecoquinzarin)) 및 1,4-디하이드록시안트라퀴논 (퀸자린(quinzarin))의 혼합물을 적어도 하나의 촉매의 존재 하에 하이드록실아닐린 또는 그것의 유도체와 반응시키는 것이다. 촉매의 예는 붕산 및 트리알킬 보레이트를 포함한다. 상기 반응의 예는 하기 개시된다:
Figure pct00007
제2 단계는 제1 단계의 반응 화합물을 적어도 하나의 촉매의 존재 하에 아닐린 또는 그것의 유도체와 반응시키는 것이다. 상기 반응의 촉매는 바람직하게는 붕산이다. 또한, 아연 분말 및 산이 상기 반응을 돕는데 사용된다. 산의 예는 프로피온산, 피발산, 트리플루오로아세트산, 2,2-디메틸부티르산 및 이들의 혼합물을 포함한다. 제2 단계의 예는 하기 개시된다:
Figure pct00008
N,N-디알릴-2-클로로아세트아미드가 상업적으로 이용가능하며, 그대로 사용될 수 있다.
식 (9)로 지정된 화합물, 및 N,N-디알릴-2-클로로아세트아미드 및 N,N-디알릴-2-브로모아세트아미드로부터 선택된 디알릴 아미드 화합물의 반응은 염기 아쥬반트의 존재 하에 수행된다. 염기의 예는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산세슘을 포함한다.
적어도 하나의 상 전이 촉매가 상기 반응에 임의로 사용될 수 있다. 본원에 사용되는 상 전이 촉매는 유기 용액 내로 이온성 화합물의 가용화를 돕는 촉매이다. 상 전이 촉매의 예는 테트라부틸암모늄 브로마이드, 테트라에틸암모늄 브로마이드 및 세틸트리메틸암모늄 브로마이드를 포함한다.
상기 반응에 사용되는 용매는 임의의 공지된 용매로부터 선택될 수 있다. 용매의 예는 테트라하이드로푸란(THF), 디옥산, N,N-디메틸포름아미드(DMF), 아세토니트릴 및 N-메틸-2-피롤리돈을 포함한다. 반응 온도 및 시간은 용매의 종류 또는 다른 조건에 따라 달라지지만, 그것은 3 내지 36 시간 동안 50 내지 200℃이다.
식 (9)로 지정된 화합물 / N,N-디알릴-2-클로로아세트아미드 및 N,N-디알릴-2-브로모아세트아미드로부터 선택된 디알릴아미드 화합물의 몰비는 바람직하게는 1 / 1 또는 그 미만, 더 바람직하게는 2 / 3 또는 그 미만이다.
<조성물>
본 발명의 조성물은 적어도 하나의 식 (1)에 열거된 화합물 및 수지를 포함한다. 수지는 바람직하게는 알칼리성 가용성 수지이다. 식 (1)로 나타낸 화합물은 수지와 반응할 수 있으며, 그 이유는 안트라퀴논 화합물이 분자 내에 알릴 기를 갖기 때문이다. 따라서, 그와 같은 경우에 본 발명의 조성물은 식 (1)로 나타낸 화합물과 수지의 반응 생성물을 포함한다. 조성물은 바람직하게는 가교결합제 (가교결합 제제), 용매 및 방사선-민감성 화합물 예컨대 광 개시제를 추가로 포함한다. 본 조성물은 컬러 필터에 유용한 필름을 형성할 수 있다.
본 발명의 조성물에서 식 (1)에 열거된 화합물의 함량은 각각의 몰 흡수 계수 및 필요한 스펙트럼 특성, 막 두께(film thickness), 등에 따라 달라지지만, 이는 바람직하게는 조성물의 총 고형물 함량을 기반으로 적어도 1 wt%, 더 바람직하게는 적어도 2 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 5 wt%이다. 바람직한 함량은 조성물의 총 고형물 함량을 기반으로 55 wt% 미만, 더 바람직하게는 45 wt% 미만, 가장 바람직하게는 35 wt% 미만이다.
본 발명의 조성물은 식 (1)에 열거된 화합물에 더하여 다른 착색 물질을 포함할 수 있다. 통상적으로 추가의 착색 물질의 사용은 조성물로부터 형성될 물질의 요구되는 스펙트럼 특성으로부터 결정된다.
알칼리성 가용성 수지는 이러한 기술 분야에서 '결합제'로도 공지된다. 바람직하게는, 알칼리성 가용성 수지는 유기 용매에 용해된다. 알칼리성 가용성 수지는 필름의 형성 후 알칼리성 용액 예컨대 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 수용액 (TMAH)으로 현상될 수 있다.
알칼리성 가용성 수지 (결합제)는 통상적으로 선형 유기 폴리머이다. 결합제는 임의로 폴리머 구조 내에 가교결합성 기를 갖는다. 본 발명의 조성물이 네가티브 유형 광민감성 조성물로서 사용되는 경우, 그와 같은 가교결합성 기는 노광 또는 가열에 의해 반응하고 가교결합을 형성할 수 있으며, 이로써 결합제는 알칼리성 물질에 불용성인 폴리머가 된다.
많은 종류의 결합제가 이 분야에 공지되어 있다. 그와 같은 결합제의 예는 (메트)아크릴 수지, 아크릴아미드 수지, 스티렌성 수지, 폴리에폭사이드, 폴리실록산 수지, 페놀성 수지, 노볼락 수지, 및 이들 수지의 코-폴리머 또는 혼합물이다. 본 명세서에서, (메트)아크릴 수지 (폴리머)는 (메트)아크릴산 또는 그것의 에스테르, 및 다른 중합성 모노머 중 1종 이상를 포함한다. 예들 들면, 아크릴 수지는 아크릴산 및/또는 아크릴 에스테르 및 임의의 다른 중합성 모노머 예컨대 스티렌, 치환된 스티렌, 말레산 또는 글리시딜 (메트)아크릴레이트로부터 중합될 수 있다.
결합제는 표준물로서 폴리스티렌을 사용하는 GPC 방법에 의해 측정될 때 바람직하게는 적어도 1,000의 중량-평균 분자량 (Mw), 더 바람직하게는 적어도 2,000의 Mw를 갖는다. 동시에, 결합제는 상기 기재된 동일한 방법에 의해 측정될 때 바람직하게는 200,000 미만의 Mw, 더 바람직하게는 100,000 미만의 Mw를 갖는다.
본 발명의 조성물에 사용되는 결합제의 양은 조성물의 총 고형물 함량을 기반으로 바람직하게는 적어도 10 wt%, 더 바람직하게는 적어도 20 wt%이다. 동시에, 결합제의 바람직한 양은 조성물의 총 고형물 함량을 기반으로 80 wt% 미만, 더 바람직하게는 50 wt% 미만, 가장 바람직하게는 30 wt% 미만이다.
본 발명의 조성물은 임의로 추가로 경화된 물질을 수득하기 위해 가교결합 제제를 추가로 포함한다. 그것은 라디칼-중합성 모노머로도 공지된다. 본 발명의 조성물이 네가티브 유형 광민감성 조성물로서 사용되는 경우, 그와 같은 가교결합 제제는 노광 또는 가열에 의해 가교결합을 형성할 수 있으며 추가로 경화된 물질을 얻는데 기여할 수 있다. 잘 알려진 가교결합 제제가 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 가교결합 제제의 예는 에폭시 수지, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 (DPHA), 및 치환된 질소 함유 화합물 예컨대 멜라민, 우레아, 구아나민 또는 글리콜 우릴이다.
본 발명의 조성물은 임의로 용매를 추가로 포함한다. 본 조성물에 사용되는 용매는 제한되지 않지만, 바람직하게는 조성물의 성분 예컨대 알칼리성 가용성 수지 또는 안트라퀴논 화합물의 용해도로부터 선택된다. 바람직한 용매의 예는 에스테르 예컨대 에틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 아밀 포르메이트, 부틸 프로피오네이트 또는 3-에톡시프로피오네이트, 에테르 예컨대 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 또는 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트 및 케톤 예컨대 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논 또는 2-헵타논을 포함한다.
본 발명의 조성물이 네가티브 유형 방사선-민감성 조성물인 경우, 상기 조성물은 바람직하게는 광 개시제를 포함한다. 광 개시제는 또한 광중합 개시제로도 불리며, 라디칼 개시제, 양이온성 개시제 및 음이온성 개시제를 포함한다. 광 개시제의 예는 옥심 에스테르 유형 개시제, 설포늄 염 개시제, 아이오다이드 염 개시제 및 설포네이트 개시제를 포함한다.
본 발명의 조성물은 다른 방사선-민감성 화합물 예컨대 방사선-민감성 수지 또는 광산 발생제를 포함할 수 있다.
<폴리머 층>
상기 기재된 본 발명의 조성물은 물품 상에 폴리머 층을 형성할 수 있다. 폴리머 층은 또한 본 명세서에서 '폴리머 필름'으로 기재된다. 상기 조성물로부터 형성된 폴리머 층은 탁월한 열 안정성을 갖는다. 이론에 구속시키고자 하지 않으면서, 본 발명의 발명자들은, 식 (1)로 나타낸 안트라퀴논 화합물이, 그것이 가열되는 동안 조성물 내 중합성 화합물과 반응할 수 있다고 예상하며, 그 이유는 안트라퀴논 화합물이 분자 내에 알릴 기를 갖기 때문이다. 이들 반응은 그것의 증가된 분자량으로 인해 식 (1)의 안트라퀴논 화합물의 열 안정성을 개선시킬 것이다. 이들 중합성 화합물의 예는 수지, 가교결합 제제 및 안트라퀴논 화합물 자체 (자가 중합)를 포함한다.
폴리머 층에서 식 (1)에 열거된 화합물의 함량은 필름의 요구되는 색상에 의존적이며, 그것은 근본적으로 상기 조성물 내 식 (1)에 열거된 화합물의 함량과 동일하다. 폴리머 층은 또한 상기 개시된 알칼리성 가용성 수지를 포함한다.
폴리머 층은 임의로 광 개시제, 광산 발생제, 방사선-민감성 수지 및 상기 개시된 가교결합 제제를 포함한다.
물품 상에 폴리머 층을 형성하는 방법은 식 (1)에 열거된 화합물을 알칼리성 가용성 수지 및 용매와 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 층을 지지하는 물품 상에 코팅하는 단계, 상기 물품을 가열하여 폴리머 층 (필름)을 형성하는 단계를 포함한다. 임의로, 상기 방법은 층 (필름)을 노광시키거나 층을 경화시켜 가교결합된 안정한 층을 형성하는 하나 이상의 단계를 포함한다.
폴리머 층을 형성하는 방법에 사용되는 용매 및 알칼리성 가용성 수지는 상기 개시된 것들과 같다.
층 (필름)을 지지하는 물품의 예는 유리, 금속, 실리콘 기판 및 산화금속 코팅된 물질이다.
코팅 단계를 위해 임의의 코팅 방법, 예컨대 회전 코팅, 캐스트 코팅 또는 롤 코팅이 사용될 수 있다.
층 (필름)의 두께는 필름의 요구되는 특성에 따라 달라진다. 층의 두께는 0.1 내지 5 마이크론, 바람직하게는 0.5 내지 3 마이크론이다.
층 (필름)은 본 발명의 안트라퀴논 화합물의 특성으로부터의 높은 투과율 및 열 안정성을 갖는다. 안트라퀴논 화합물은 유기 용매에 용해될 수 있으며 높은 열 안정성을 갖는다. 따라서 상기 화합물은 필름의 투과율을 방해하지 않으며, 필름의 열 안정성을 감소시키지 않는다. 그와 같은 특성은 LCD의 컬러 필터를 위해 중요하다. 따라서, 본 발명의 층 (필름)은 LCD의 컬러 필터로서 유용하다.
<컬러 필터>
본 발명의 컬러 필터는 적어도 하나의 식 (1)에 열거된 화합물 및 수지를 포함하는 조성물로부터 형성된다. 상기 개시된 층 (필름)은 컬러 필터에 사용될 수 있다. 통상적으로, 컬러 필터는 적색/녹색/청색 착색제를 포함하는 착컬러 필름으로부터 만들어진 다중 유닛을 갖는다.
컬러 필터를 위한 착컬러 필름에서 식 (1)에 열거된 화합물의 함량은 근본적으로 상기 개시된 필름에서의 함량과 동일하다.
컬러 필터에 사용된 필름은 하기 단계에 의해 형성될 수 있다; 식 (1)에 열거된 화합물, 결합제, 광 개시제 및 용매를 포함하는 용액을 코팅하여 물질 상에 방사선-민감성 조성물 층을 형성하는 단계, 상기 층을 패턴화 마스크를 통해 노광시키는 단계, 및 상기 층을 알칼리성 용액으로 현상하는 단계. 게다가, 현상 단계 후 상기 층을 추가로 가열 및/또는 노광시키는 경화 단계가 필요에 따라 수행될 수 있다.
컬러 필터가 R/G/B 착색제를 포함하는 3개의 착컬러 필름을 포함하므로, 각각의 착컬러 필름을 형성하는 단계는 반복되며, 이후 이러한 3개의 착컬러 필름을 갖는 컬러 필터가 수득된다.
실시예
본 발명의 실시예 1
하기 개시된 안트라퀴논 염료 (염료 1)가 본 발명의 실시예 1에 사용되었다.
Figure pct00009
염료 1
염료 1의 합성
a. 1-하이드록시-4-(2',6'-디메틸-4'-하이드록시아닐리노)안트라퀴논의 합성
Figure pct00010
2.4 g (9.91 mmol)의 1,4,9.10-테트라하이드록실안트라센, 1.36 g (1 당량)의 2,6-디메틸-4-하이드록실아닐린, 1.0 g (16.2mmol)의 붕산 및 12 mL의 n-부탄올의 혼합물을 N2 하에 115 ℃의 오일 배쓰에서 25 시간 동안 정상압에서 환류시켰다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각하고, 1 mL의 6N HCl 용액을 교반하면서 부가했다. 상기 혼합물을 빙욕에서 결정화시키고 여과했다. 조 고형물 생성물을 물로 세정하고, 동적 진공(dynamic vacuum) 하에 건조시켰다. 마지막으로 712mg의 순수한 생성물을 용출제로서 메틸렌 클로라이드를 사용하는 실리카 상의 칼럼 크로마토그래피에 의해 수득했다. 수율: 20%. 1H NMR (CDCl3, ppm): 13.65 (s, 1H), 11.15 (s, 1H), 8.33 (m, 2H), 7.74 (m, 2H), 7.05 (d, 1H), 6.67 (d, 1H), 6.59 (s, 2H), 4.79 (br, 1H), 2.07 (s, 6H)
b. 1-((4-하이드록시-2,6-디메틸페닐)아미노)-4-(메시틸아미노)-안트라퀴논의 합성
Figure pct00011
1.00 g (2.8mmol)의 1-하이드록시-4-(2',6'-디메틸-4'-하이드록시아닐리노)안트라퀴논, 3.76 g (27.8mmol)의 트리메틸아닐린, 0.20 g (3.2mmol)의 붕산, 0.20 g (3.1mmol)의 아연 분말, 2.0 g 프로피온산의 혼합물을 N2 하에 160℃의 오일 배쓰에서 6 시간 동안 가열했다. 반응 혼합물을 10 mL의 진한 염산을 함유하는 100 mL의 파쇄된 얼음에 부었다. 반응 플라스크에 남아았는 잔류물을 8 mL의 프로피온산을 사용하여 얼음-산 혼합물로 옮겼다. 교반된 혼합물을 55℃로 가열하고, 여과하여 혼합된 생성물을 수득했다. 이후 조 생성물을 5% 염산 및 물로 세정했다. 건조 후, 최종 생성물을 용출제로서 메틸렌 클로라이드를 사용하는 실리카겔 칼럼으로 정제했다. 796mg의 비대칭적으로 치환된 1,4-디아릴아미노-안트라퀴논 유도체가 60%의 수율로 수득되었다. 1H NMR (CDCl3, ppm): 11.74 (s, 1H), 11.60 (s, 1H), 8.35 (m, 2H), 7.69 (m, 2H), 6.86 (s, 2H), 6.54 (s, 2H), 6.50 (s, 2H), 5.22 (s, 1H), 2.22 (s, 3H), 2.07 (s, 6H), 2.02 (s, 6H). ESI-MS (m/z, 이온, 식): 477, (M+H)+, C31H29N2O3, (이론적 질량 476)
c. N,N-디알릴-아세트아미드 개질된 안트라퀴논 (염료 1)의 합성
Figure pct00012
1-((4-하이드록시-2,6-디메틸페닐)아미노)-4-(메시틸아미노)-안트라퀴논 (800 mg, 1.679 mmol), N,N-디알릴-2-클로로아세트아미드 (437 mg, 2.517 mmol), 수산화나트륨 (134 mg, 3.358 mmol) 및 테트라부틸암모늄 브로마이드 (54 mg, 0.168 mmol)를 아세토니트릴 (20 mL)에서 혼합했다. 이러한 서스펜션을 환류시까지 가열하고, 환류를 16 시간 동안 유지시킨 후 혼합물을 실온으로 냉각했다. 용매를 회전식 증발로 제거하고, 고체를 칼럼 크로마토그래피 (실리카; CH2Cl2/EtOAc 50:1)로 분리했다. 회전식 증발 및 동적 진공 하의 건조 후 생성물을 청색 분말 (784 mg, 76%)로서 수득했다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 11.70 (s, 1H), 11.63 (s, 1H), 8.35 (m, 2H), 7.68 (m, 2H), 6.86 (s, 2H), 6.51 (s, 2H), 6.48 (s, 2H), 5.71 (m, 2H), 5.12 (m, 2H), 4.61 (s, 2H), 3.92 (2d, 4H), 2.23 (s, 3H), 2.08 (br s, 12H). ESI-MS (m/z, MH+) 614.30 (계산치); 614.31 (실측치).
d. 안트라퀴논 염료를 포함하는 컬러 필름 및 컬러 레지스트의 제조
1.15 g의 알칼리성 가용성 아크릴 수지 용액 (MIPHOTO RPR4022, Miwan Commercial Co., Ltd.로부터 공급됨, 메틸 3-메톡시프로피오네이트 중 40wt%의 고형물 함량)을 1.73 g의 PGMEA (60wt%)와 혼합했다. 0.189 g의 염료 1을 알칼리성 가용성 수지/PGMEA 용액에서 혼합하고, 진탕기를 사용하여 실온에서 2 시간 동안 교반했다. 상기 용액을 0.45 μm PTFE 필터를 통해 여과하여 큰 입자를 제거했다. 이후 여과된 용액을 깨끗한 유리 기판 상에 400 rpm 회전 속도로 18 초 동안 스핀 코팅했다. 수득된 필름을 우선 공기 대기 하에 90 ℃에서 30 분 동안 건조시킨 후 공기 대기 하에 230 ℃에서 1 시간 동안 하드 베이킹(hard baking)했다. CIE 값 (xyY 값 및 lab 값) 및 투과율을 하드 베이크 전후 측정했다.
수득된 필름의 막 두께 및 색도 좌표는 하기 개시된 바와 같이 측정되었다. 필름의 막 두께는 약 1 마이크론이었다. 울트라스캔 프로(UltraScan Pro) (Hunterlab) 비색계에 의해 측정된 색도 좌표는 x= 0.16, y= 0.20 및 Y= 22였다.
<성능 평가>
(1) 염료의 열 안정성 (TGA에 의해 측정된 질량 손실):
염료 자체의 열 안정성은 공기 대기 하에 230 ℃에서 1 시간 동안 TGA에 의해 측정된 염료의 질량 손실에 의해 결정되었다. 이러한 평가는 염료 자체의 화학적 안정성을 반영한다.
(2) 막 두께:
막 두께는 필름 및 유리 기판의 경계를 거쳐 높이의 차이를 원자력 현미경으로 스캐닝하여 측정된다.
(3) 색도 좌표:
유리 시트 상의 필름의 색도 좌표는 울트라스캔 프로 (Hunterlab) 비색계로 직접 기록된다. 광원은 D65/10이다.
(4) 필름의 열 안정성 (색도):
스핀 코팅 후 습성 필름을 90 ℃의 오븐에서 30 분 동안 건조시킨 후 150 ℃에서 15 분 동안 소프트 베이킹한다. 색도 좌표 (L, a, b)를 울트라스캔 프로 (Hunterlab) 비색계로 기록한다. D65/10 광원이 사용되며, 결과는 CIE Lab 좌표를 기반으로 한다. 이후 필름을 표적 온도 (230 ℃)에서 1 시간 동안 하드 베이킹하고 신규 색도 좌표 (L', a', b')를 상기 방법을 사용하여 기록한다. 필름의 열 안정성을 하기 식으로 나타낸 하드 베이킹 전후 색도 좌표의 차이로 나타낸다;
Figure pct00013
비교 실시예 1 내지 3
동일한 절차를 수행했지만, 단 하기 개시된 염료를 염료 1 대신에 사용했다.
비교 실시예 1에 사용된 염료
1,4-비스((이소프로필아미노)안트라퀴논 (솔벤트 블루(Solvent Blue) 36)
Figure pct00014
비교 실시예 2에 사용된 염료
1,4-비스(메시틸아미노)안트라퀴논 (솔벤트 블루 104)
Figure pct00015
비교 실시예 3에 사용된 염료
(1-((4-하이드록시-2,6-디메틸페닐)아미노)-4-(메시틸아미노)-안트라퀴논
Figure pct00016
[표 1]
Figure pct00017
표 1을 참조하여, 실시예 1이 비교 실시예와 비교하여 열 안정성 및 PEGMEA에서의 용해도 둘 모두의 유의미한 개선을 보여준다는 것을 발견할 수 있었다.

Claims (12)

  1. 하기 식 (1)로 표시되는, 화합물;
    Figure pct00018
    (1)
    식 중, R1 내지 R10은 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 할로겐 원자, 하이드록실기, 수소 원자, 시아노기, 설포닐기, 설포기, 아릴기, 니트로기, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알콕실기 및 -A-(N,N-디알릴아미드)(여기서 A는 산소 원자 및 질소 원자로부터 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 함유할 수 있는, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소의 연결기이다)로 구성된 군으로부터 선택되며, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -A-(N,N-디알릴아미드)이다.
  2. 청구항 1에 있어서, R1 내지 R10은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 수소 원자 및 -A-(N,N-디알릴아미드)로 구성된 군으로부터 선택되는, 화합물.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, A는 하기 식 (2) 내지 (8)로 표시된 구조로부터 선택되는, 화합물.
    Figure pct00019
  4. 청구항 3에 있어서, A는 식 (2)로 표시되는, 화합물.
  5. 청구항 4의 화합물의 합성 방법으로서, N,N-디알릴-2-클로로아세트아미드 및 N,N-디알릴-2-브로모아세트아미드로부터 선택된 디알릴아미드 화합물을 하기 식 (9)로 표시되는 화합물과 반응시키는 단계를 포함하는, 화합물의 합성 방법:
    Figure pct00020
    (9)
    식 중, R1 내지 R10은 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 할로겐 원자, 하이드록실기, 수소 원자, 시아노기, 설포닐기, 설포기, 아릴기, 니트로기, 1 내지 20개의 탄소 원자와 하이드록실기를 갖는 알콕실기로 구성된 군으로부터 선택되며, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 하이드록실기이다.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 디알릴아미드 화합물은 N,N-디알릴-2-클로로아세트아미드인, 화합물의 합성 방법.
  7. 청구항 5 또는 6에 있어서, 상기 화합물 (9)와 상기 디알릴아미드 화합물의 몰비는 2/3 또는 그 미만인, 화합물의 합성 방법.
  8. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 화합물 및 수지, 또는 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 화합물과 수지의 반응 생성물을 포함하는, 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서, 방사선-민감성 화합물을 추가로 포함하는, 조성물.
  10. 청구항 8 또는 9의 조성물로부터 형성된 폴리머 층을 갖는, 물품.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 폴리머 층은 네가티브-유형 층인, 물품.
  12. 청구항 8 또는 9의 조성물로부터 형성된, 컬러 필터.
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