KR20180014507A - 착색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 화상 표시 장치 - Google Patents

착색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 화상 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 착색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 화상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 알칼리 가용성 수지; 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함하는 카바졸계 광중합 개시제;를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 착색 감광성 수지 조성물은 특정 화학식으로 표현되는 알칼리 가용성 수지 및 특정 화학식으로 표현되는 카바졸계 광중합 개시제를 포함함으로써, 선뜯김, 감도 및 재용해성 현상이 개선되는 효과가 있다:
[화학식 1]
Figure pat00011

[화학식 2]
Figure pat00012

(상기 화학식 1 및 2 내 치환기는 명세서 내 정의한 바와 같다).

Description

착색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 화상 표시 장치 {COLORED PHOTOSENSITIVE RESIN COMPOSITION, COLOR FILTER, AND IMAGE DISPLAY APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 선뜯김, 감도 및 재용해성이 우수한 착색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 화상 표시 장치에 관한 것이다.
컬러필터는 촬상(撮像)소자, 액정표시장치 등에 널리 이용되는 것으로, 그 응용 범위가 급속히 확대되고 있다. 컬러 액정 표시 장치나 촬상 소자 등에 사용되는 컬러필터는 통상 블랙매트릭스가 패턴 형성된 기판상에 적색, 녹색 및 청색의 각 색에 상당하는 착색제를 함유하는 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅에 의해 균일하게 도포한 후, 가열건조(이하, 예비 소성이라고 하는 경우도 있음)하여 형성된 도막을 노광, 현상하고, 필요에 따라 더 가열 경화(이하, 후소성이라고 하는 경우도 있음)하는 조작을 색마다 반복하여 각색의 화소를 형성함으로써 제조되고 있다.
보다 상세하게, 컬러필터는 백색광에서 적색, 녹색, 청색, 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. 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.
컬러 필터를 구현하는 방법 중의 하나인 안료분산법은 흑색 매트릭스가 제공된 투명한 기질 위에 착색제를 비롯하여 알칼리 가용성 수지, 광중합 단량체, 광중합 개시제, 에폭시 수지, 용제 및 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 재용해성, 감도 및 선뜯김 등이 더욱 개선된 성능이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 특허공개 제10-2014-0073999는 적어도 하나의 특정 화학식으로 표시되는 반복단위를 포함하는 아크릴계 바인더 수지, 광중합성 단량체, 광중합 개시제, 착색제 및 용매를 포함하는 컬러필터용 감광성 수지 조성물, 그리고 이를 이용한 컬러필터에 관한 것으로, 현상성 및 내화학성이 우수한 특징이 있다.
그러나, 상기 종래기술은 현상성 및 내화학성만 인식하고 있을 뿐 높은 막 두께에서 발생하는 잔막, 감도 및 선뜯김 현상이 발생하는 등의 문제가 발생한다.
대한민국 특허공개 제10-2014-0073999호 (2014.06.17. 제일모직주식회사)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 특정 화학식으로 표현되는 알칼리 가용성 수지 및 특정 화학식으로 표현되는 카바졸계 광중합 개시제를 포함함으로써, 선뜯김, 감도 및 재용해성 현상이 개선된 착색 감광성 수지 조성물, 컬러 필터 및 이를 구비한 화상 표시 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착색 감광성 수지 조성물은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 알칼리 가용성 수지; 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함하는 카바졸계 광중합 개시제;를 포함하는 것을 특징으로 한다:
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
(상기 화학식 1 및 2 내 치환기는 명세서 내 정의한 바와 같다).
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 착색 감광성 수지 조성물은 특정 화학식으로 표현되는 알칼리 가용성 수지 및 특정 화학식으로 표현되는 카바졸계 광중합 개시제를 포함함으로써, 선뜯김, 감도 및 재용해성 현상이 개선되는 효과가 있다.
상기 착색 감광성 수지 조성물로 제조된 컬러필터 및 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치는 공정성이 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 선뜯김 평가 판단 기준을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 감도 평가 판단 기준을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 재용해성 평가 판단 기준을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
<착색 감광성 수지 조성물>
본 발명에 따른 착색 감광성 수지 조성물은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 알칼리 가용성 수지; 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함하는 카바졸계 광중합 개시제;를 포함하고, 착색제, 다광능성 모노머 및 용제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
착색제
상기 착색제는 1종 이상의 안료 혹은 1종 이상의 염료를 필수성분으로 할 수 있다.
상기 안료는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 유기 안료 또는 무기 안료를 사용할 수 있다. 상기 안료는 인쇄 잉크, 잉크젯 잉크 등에 사용되는 각종의 안료를 사용할수 있으며, 구체적으로는 수용성 아조 안료, 불용성 아조 안료, 프타로시아닌안료, 퀴나크리돈 안료, 이소인돌리논 안료, 이소인돌린 안료, 페리렌 안료, 페리논 안료, 디옥사진 안료, 안트라퀴논 안료, 디안트라퀴노닐 안료, 안트라피리미딘 안료, 안탄트론(anthanthrone) 안료, 인단트론(indanthrone) 안료, 프라반트론 안료, 피란트론(pyranthrone) 안료, 디케토피로로피롤 안료 등을 들 수 있다.
상기 무기 안료로서는 금속 산화물이나 금속 착염 등의 금속 화합물을 들 수 있고, 구체적으로는 철, 코발트, 알루미늄, 카드뮴, 납, 구리, 티탄, 마그네슘, 크롬, 아연, 안티몬, 카본블랙 등의 금속의 산화물 또는 복합 금속 산화물 등을 들 수 있다. 특히, 상기 유기 안료 및 무기 안료로는 구체적으로 색지수(The society of Dyers and Colourists 출판)에서 피그먼트로 분류되어 있는 화합물을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 이하와 같은 색지수(C.I.) 번호의 안료를 들 수 있지만, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니며 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
C.I. 피그먼트 옐로우 13, 20, 24, 31, 53, 83, 86, 93, 94, 109, 110, 117, 125, 137, 138, 139, 147, 148, 150, 153, 154, 166, 173, 180 및 185
C.I. 피그먼트 오렌지 13, 31, 36, 38, 40, 42, 43, 51, 55, 59, 61, 64, 65, 및 71
C.I. 피그먼트 레드 9, 97, 105, 122, 123, 144, 149, 166, 168, 176, 177, 180, 192, 208, 215, 216, 224, 242, 254, 255 및 264
C.I. 피그먼트 바이올렛 14, 19, 23, 29, 32, 33, 36, 37 및 38
C.I. 피그먼트 블루 15(15:3, 15:4, 15:6등), 21, 28, 60, 64 및 76
C.I. 피그먼트 그린 7, 10, 15, 25, 36, 47, 58 및 59
C.I 피그먼트 브라운 28
C.I 피그먼트 블랙 1 및 7 등
상기 안료는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 유기 안료 또는 무기 안료를 사용할 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 예시된 C.I. 피그먼트 안료 중에서도 C.I. 피그먼트 옐로우 138, C.I. 피그먼트 옐로우 139, C.I. 피그먼트 옐로우 150, C.I. 피그먼트 옐로우 185, C.I. 피그먼트 오렌지 38, C.I. 피그먼트 레드 122, C.I. 피그먼트 레드 166, C.I. 피그먼트 레드 177, C.I. 피그먼트 레드 208, C.I. 피그먼트 레드 242, C.I. 피그먼트 레드 254, C.I. 피그먼트 레드 255, C.I. 피그먼트 바이올렛 23, C.I. 피그먼트 블루 15:3, 피그먼트 블루 15:6, C.I. 피그먼트 그린 7, C.I. 피그먼트 그린 36, C.I. 피그먼트 그린 58 에서 선택되는 안료가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 안료는 그 입경이 균일하게 분산된 안료 분산액을 사용하는 것이 바람직하다. 안료의 입경을 균일하게 분산시키기 위한 방법의 일 예로 안료 분산제를 함유시켜 분산 처리하는 방법 등을 들 수 있으며, 이 방법에 따르면 안료가 용액 중에 균일하게 분산된 상태의 안료 분산액을 얻을 수 있다.
상기의 안료 분산제의 구체적인 예로는 양이온계, 음이온계, 비이온계, 양성, 폴리에스테르계, 폴리아민계 등의 계면활성제 등을 들 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2종이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 안료 분산제는 안료의 탈응집 및 안정성 유지를 위해 첨가되는 것으로서 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 BMA(부틸메타아크릴레이트) 또는 DMAEMA(N,N-디메틸아미노에틸메타아크릴레이트)를 포함하는 아크릴레이트계 분산제(이하, 아크릴 분산제라고 함)를 함유하는 것이 좋다. 이때, 상기 아크릴 분산제는 한국 공개특허 2004-0014311호에서 제시된 바와 같은 리빙 제어방법에 의해 제조된 것을 적용하는 것이 바람직한데, 상기 리빙 제어방법을 통해 제조된 아크릴레이트계 분산제의 시판품으로는 DISPER BYK-2000, DISPER BYK-2001, DISPER BYK-2070, DISPER BYK-2150 등을 들 수 있다.
상기 예시된 아크릴 분산제는 각각 단독으로 또는 2종이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 안료 분산제는 상기한 아크릴 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 (부분적)아민 염, 폴리카르복실산의 암모늄 염, 폴리카르복실산의 알킬아민 염, 폴리실록산, 장쇄 폴리아미노아미드 포스페이트 염, 히드록실기-함 폴리카르복실산의 에스테르 및 이들의 개질 생성물, 또는 프리(free) 카르복실기를 갖는 폴리에스테르와 폴리(저급 알킬렌이민)의 반응에 의해 형성된 아미드 또는 이들의 염과 같은 유질의 분산제; (메트)아크릴산-스티렌 코폴리머, (메트)아크릴산-(메트)아크릴레이트 에스테르 코폴리머, 스티렌-말레산 코폴리머, 폴리비닐 알코올 또는 폴리비닐 피롤리돈과 같은 수용성 수지 또는 수용성 폴리머 화합물; 폴리에스테르; 개질 폴리아크릴레이트; 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드의 부가생성물 및 포스페이트 에스테르 등을 들 수 있다. 상기한 수지형 분산제의 시판품으로는 양이온계 수지 분산제로서는, 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; BASF사의 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 아크릴 분산제 이외에 다른 수지 타입의 안료 분산제는 각각 단 독으로 또는 2종이상을 조합하여 사용할 수 있으며, 아크릴 분산제와 병용하여 사용할 수도 있다.
상기 안료 분산제의 사용량은 사용되는 안료의 고형분 100중량부에 대하여 5 내지 60중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 15 내지 50중량부로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 안료 분산제의 함량이 상기 범위를 초과하게 되면 점도가 높아질 수 있으며, 상기 범위 미만일 경우에는 안료의 미립화가 어렵거나, 분산 후 겔화 등의 문제를 야기할 수 있다.
상기 염료는 유기용제에 대한 용해성을 가지는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 유기용제에 대한 용해성을 가지면서 알칼리 현상액에 대한 용해성 및 내용제성, 경시안정성 등의 신뢰성을 확보할 수 있는 염료를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 염료로는 설폰산이나 카복실산 등의 산성기를 갖는 산성 염료, 산성 염료와 질소 함유 화합물의 염, 산성 염료의 설폰아미드체 등과 이들의 유도체에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 이외에도 아조계, 크산텐계, 프탈로시아닌계의 산성염료 및 이들의 유도체도 선택할 수 있다.
바람직하게 상기 염료는 컬러 인덱스(The Society of Dyers and Colourists 출판)내에 염료로 분류되어 있는 화합물이나, 염색 노트(색염사)에 기재되어 있는 공지의 염료를 들 수 있다.
상기 염료의 구체적인 예로는, C.I. 솔벤트 염료로서,
C.I. 솔벤트 옐로우 4, 14, 15, 16, 21, 23, 24, 38, 56, 62, 63, 68, 79, 82, 93, 94, 98, 99, 151, 162, 163 등의 황색 염료;
C.I. 솔벤트 레드 8, 45, 49, 89, 111, 122, 125, 130, 132, 146, 179 등의 적색 염료;
C.I. 솔벤트 오렌지 2, 7, 11, 15, 26, 41, 45, 56, 62 등의 오렌지색 염료;
C.I. 솔벤트 블루 5, 35, 36, 37, 44, 59, 67, 70 등의 청색 염료;
C.I. 솔벤트 바이올렛 8, 9, 13, 14, 36, 37, 47, 49 등의 바이올렛 염료;
C.I. 솔벤트 그린 1, 3, 4, 5, 7, 28, 29, 32, 33, 34, 35 등의 녹색 염료 등을 들 수 있다.
C.I. 솔벤트 염료중 유기용매에 대한 용해성이 우수한 C.I. 솔벤트 옐로우 14, 16, 21, 56, 151, 79, 93; C.I. 솔벤트 레드 8, 49, 89, 111, 122, 132, 146, 179; C.I. 솔벤트 오렌지 41, 45, 62; C.I. 솔벤트 블루 35, 36, 44, 45, 70; C.I. 솔벤트 바이올렛 13 이 바람직하고 이중 C.I. 솔벤트 옐로우 21, 79; C.I. 솔벤트 레드 8, 122, 132; C.I. 가 보다 바람직하다.
또한, C.I. 애시드 염료로서
C.I.애시드 옐로우 1, 3, 7, 9, 11, 17, 23, 25, 29, 34, 36, 38, 40, 42, 54, 65, 72, 73, 76, 79, 98, 99, 111, 112, 113, 114, 116, 119, 123, 128, 134, 135, 138, 139, 140, 144, 150, 155, 157, 160, 161, 163, 168, 169, 172, 177, 178, 179, 184, 190, 193, 196, 197, 199, 202, 203, 204, 205, 207, 212, 214, 220, 221, 228, 230, 232, 235, 238, 240, 242, 243, 251 등의 황색 염료;
C.I.애시드 레드 1, 4, 8, 14, 17, 18, 26, 27, 29, 31, 34, 35, 37, 42, 44, 50, 51, 52, 57, 66, 73, 80, 87, 88, 91, 92, 94, 97, 103, 111, 114, 129, 133, 134, 138, 143, 145, 150, 151, 158, 176, 182, 183, 198, 206, 211, 215, 216, 217, 227, 228, 249, 252, 257, 258, 260, 261, 266, 268, 270, 274, 277, 280, 281, 195, 308, 312, 315, 316, 339, 341, 345, 346, 349, 382, 383, 394, 401, 412, 417, 418, 422, 426 등의 적색 염료;
C.I.애시드 오렌지 6, 7, 8, 10, 12, 26, 50, 51, 52, 56, 62, 63, 64, 74, 75, 94, 95, 107, 108, 169, 173 등의 오렌지색 염료;
C.I.애시드 블루 1, 7, 9, 15, 18, 23, 25, 27, 29, 40, 42, 45, 51, 62, 70, 74, 80, 83, 86, 87, 90, 92, 96, 103, 112, 113, 120, 129, 138, 147, 150, 158, 171, 182, 192, 210, 242, 243, 256, 259, 267, 278, 280, 285, 290, 296, 315, 324:1, 335, 340 등의 청색 염료;
C.I.애시드 바이올렛 6B, 7, 9, 17, 19, 66 등의 바이올렛색 염료;
C.I.애시드 그린 1, 3, 5, 9, 16, 25, 27, 50, 58, 63, 65, 80, 104, 105, 106, 109등의 녹색 염료 등을 들 수 있다.
애시드 염료중 유기용매에 대한 용해도가 우수한 C.I.애시드 옐로우 42; C.I.애시드 레드 92; C.I.애시드 블루 80, 90; C.I.애시드 바이올렛 66; C.I.애시드 그린 27 이 바람직하다.
또한 C.I.다이렉트 염료로서 C.I.다이렉트 옐로우 2, 33, 34, 35, 38, 39, 43, 47, 50, 54, 58, 68, 69, 70, 71, 86, 93, 94, 95, 98, 102, 108, 109, 129, 136, 138, 141 등의 황색 염료;
C.I.다이렉트 레드 79, 82, 83, 84, 91, 92, 96, 97, 98, 99, 105, 106, 107, 172, 173, 176, 177, 179, 181, 182, 184, 204, 207, 211, 213, 218, 220, 221, 222, 232, 233, 234, 241, 243, 246, 250 등의 적색 염료;
C.I.다이렉트 오렌지 34, 39, 41, 46, 50, 52, 56, 57, 61, 64, 65, 68, 70, 96, 97, 106, 107 등의 오렌지색 염료;
C.I.다이렉트 블루 38, 44, 57, 70, 77, 80, 81, 84, 85, 86, 90, 93, 94, 95, 97, 98, 99, 100, 101, 106, 107, 108, 109, 113, 114, 115, 117, 119, 137, 149, 150, 153, 155, 156, 158, 159, 160, 161, 162, 163, 164, 166, 167, 170, 171, 172, 173, 188, 189, 190, 192, 193, 194, 196, 198, 199, 200, 207, 209, 210, 212, 213, 214, 222, 228, 229, 237, 238, 242, 243, 244, 245, 247, 248, 250, 251, 252, 256, 257, 259, 260, 268, 274, 275, 293 등의 청색 염료;
C.I.다이렉트 바이올렛 47, 52, 54, 59, 60, 65, 66, 79, 80, 81, 82, 84, 89, 90, 93, 95, 96, 103, 104 등의 바이올렛색 염료;
C.I.다이렉트 그린 25, 27, 31, 32, 34, 37, 63, 65, 66, 67, 68, 69, 72, 77, 79, 82 등의 녹색 염료 등을 들 수 있다.
또한, C.I. 모단토 염료로서 C.I.모단토 옐로우 5, 8, 10, 16, 20, 26, 30, 31, 33, 42, 43, 45, 56, 61, 62, 65 등의 황색 염료;
C.I.모단토 레드1, 2, 3, 4, 9, 11, 12, 14, 17, 18, 19, 22, 23, 24, 25, 26, 30, 32, 33, 36, 37, 38, 39, 41, 43, 45, 46, 48, 53, 56, 63, 71, 74, 85, 86, 88, 90, 94, 95 등의 적색 염료;
C.I.모단토 오렌지 3, 4, 5, 8, 12, 13, 14, 20, 21, 23, 24, 28, 29, 32, 34, 35, 36, 37, 42, 43, 47, 48 등의 오렌지색 염료;
C.I.모단토 블루 1, 2, 3, 7, 8, 9, 12, 13, 15, 16, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 26, 30, 31, 32, 39, 40, 41, 43, 44, 48, 49, 53, 61, 74, 77, 83, 84 등의 청색 염료;
C.I.모단토 바이올렛 1, 2, 4, 5, 7, 14, 22, 24, 30, 31, 32, 37, 40, 41, 44, 45, 47, 48, 53, 58 등의 바이올렛색 염료;
C.I.모단토 그린 1, 3, 4, 5, 10, 15, 19, 26, 29, 33, 34, 35, 41, 43, 53 등의 녹색 염료 등을 들 수 있다.
이들 염료는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 착색제의 함량은 착색 감광성 수지 조성물 내 총 고형분에 5 내지 60중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 10 내지 45중량부 포함되는 것이 보다 바람직하다. 상기 착색제가 상기 범위 이내로 포함될 경우에는 박막을 형성하여도 화소의 색 농도가 충분하고, 현상시 비화소부의 누락성이 저하되지 않기 때문에 잔사가 발생하기 어려우므로 바람직하다.
본 발명에서 착색 감광성 수지 조성물 내 총 고형분 함량이란 착색 감광성 수지 조성물로부터 용제를 제외한 나머지 성분의 총 함량을 의미한다.
알칼리 가용성 수지
상기 알칼리 가용성 수지는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00003
상기 화학식 1에서,
R은 수소 또는 알킬기이고, R'는 수소, 알킬기, 헤테로싸이클릭기, 헤테로 싸이클릭 아로마틱기 또는 아로마틱기이다.
상기 알칼리 가용성 수지는 적절한 반응시간 및 산가 조절을 통하여 분자량이Mw 10,000 내지 15,000을 가지며, 산가는 90 내지 120mgKOH/g을 가지며, 분산도(Mw/Mn)는 1.5 내지 3.0의 범위를 가질 수 있다. 상기 알칼리 가용성 수지의 분자량, 산가 및 분산도가 상기 범위를 벗어날 경우, 선뜯김, 감도 및 재용해성 등의 공정 특성에 문제가 생길 수 있다.
보다 상세하게는, 염료와의 상용성 및 착색 감광성 수지 조성물의 경시안정성을 확보하기 위해 알칼리 가용성 수지의 산가는 90 내지 120mgKOH/g 인 것이 바람직하다. 알칼리 가용성 수지의 산가가 90mgKOH/g 미만인 경우 착색 감광성 수지 조성물이 충분한 현상속도를 확보하기 어려우며 120mgKOH/g를 초과하는 경우 기판과의 밀착성이 감소되어 패턴의 단락이 발생하기 쉬우며 염료와의 상용성이 문제가 발생하여 착색 감광성 수지 조성물내의 염료가 석출되거나 착색 감광성 수지 조성물의 경시안정성이 저하되어 점도가 상승하기 쉽다.
또한, 상기 알칼리 가용성 수지는 상기 화학식 1의 화합물을 포함하고, 패턴을 형성할 때의 현상 처리 공정에서 이용되는 알칼리 현상액에 대해서 가용성을 갖기 위해 카르복실기를 갖는 에틸렌성 불포화 단량체를 필수성분으로 하여 공중합하여 제조할 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지의 추가적인 현상성을 확보하기 위해 수산기를 부여할 수 있다. 수산기를 부여하는 현상속도가 개선되어지는 효과가 있으나 알칼리 가용성 수지와 다관능성 모노머의 수산화기 값의 합이 50mgKOH/g 내지 250mgKOH/g인 것이 바람직하다. 수산화기의 합이 50mgKOH/g 미만인 경우 충분한 현상속도를 확보할 수 없으며 250mgKOH/g를 초과하는 경우 형성되는 패턴의 치수안정성이 저하되어 패턴의 직진성이 불량해지기 쉬우며 염료와의 상용성이 저하되어 경시안정성의 문제가 발생하기 쉽다.
상기 카르복실기를 갖는 에틸렌성 불포화 단량체는 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)아크릴레이트류 등이 바람직하며, 아크릴산, 메타아크릴산이 보다 바람직하다.
알칼리 가용성 수지에 수산기를 부여하기 위해서는 카르복실기를 갖는 에틸렌성 불포화 단량체와 수산기를 갖는 에틸렌성 불포화 단량체를 공중합하여 제조 할 수 있으며 카르복실기를 갖는 에틸렌성 불포화 단량체의 공중합체에 글리시딜기를 갖는 화합물을 추가로 반응시켜 제조할 수 있다. 또한 카르복실기를 갖는 에틸렌성 불포화 단량체와 수산기를 갖는 에틸렌성 불포화 단량체의 공중합체에 추가로 글리시딜기를 갖는 화합물을 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 수산기를 갖는 예틸렌성 불포화 단량체의 구체적인 예로는 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필 (메타)아크릴레이트, N-히드록시에틸 아크릴아마이드 등이 있으며 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트가 바람직하며 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 글리시딜기를 갖는 화합물의 구체적인 부틸글리시딜에테르, 글리시딜프로필에테르, 글리시딜페닐에테르, 2-에틸헥실글리시딜에테르, 글리시딜부티레이트, 글리시딜메틸에테르, 에틸글리시딜에테르, 글리시딜이소프로필에테르, t-부틸글리시딜에테르, 벤질글리시딜에테르, 글리시딜4-t-부틸벤조에이트, 글리시딜스테아레이트, 아릴글리시딜에테르, 메타아크릴산 글리시딜에스터 등이 있으며 부틸글리시딜에테르, 아릴글리시딜에테르, 메타아크릴산 글리시딜에스터가 바람직하며 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지의 제조 시 공중합 가능한 불포화 단량체들은 하기에 예시되어지나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
공중합이 가능한 불포화 결합을 갖는 중합 단량체의 구체적인 예로는 스티렌, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌, p-클로로스티렌, o-메톡시스티렌, m-메톡시스티렌, p-메톡시스티렌, o-비닐벤질메틸에테르, m-비닐벤질메틸에테르, p-비닐벤질메틸에테르, o-비닐벤질글리시딜에테르, m-비닐벤질글리시딜에테르, p-비닐벤질글리시딜에테르 등의 방향족 비닐 화합물; 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; 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, t-부틸(메타)아크릴레이트 등의 알킬(메타)아크릴레이트류; 시클로펜틸(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 2-메틸시클로헥실(메타)아크릴레이트, 트리시클로[5.2.1.0 2,6 ]데칸-8-일(메타)아크릴레이트, 2-디시클로펜타닐옥시에틸(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트 등의 지환족(메타)아크릴레이트류; 페닐(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트 등의 아릴(메타)아크릴레이트류; 3-(메타크릴로일옥시메틸)옥세탄, 3-(메타크릴로일옥시메틸)-3-에틸옥세탄, 3-(메타크릴로일옥시메틸)-2-트리플루오로메틸옥세탄, 3-(메타크릴로일옥시메틸)-2-페닐옥세탄, 2-(메타크릴로일옥시메틸)옥세탄, 2-(메타크릴로일옥시메틸)-4-트리플루오로메틸옥세탄 등의 불포화 옥세탄 화합물 등이 있다.
상기 단량체는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지는 착색 감광성 수지 조성물 내 총 고형분 중량%에 대하여 10 내지 80중량%인 것이 바람직하며, 10 내지 70중량%인 것이 보다 바람직하다 상기 알칼리 가용성 수지의 함량이 상기 범위 이내일 경우 현상액에의 용해성이 충분하여 패턴형성이 용이하며, 현상시에 노광부의 화소 부분의 막 감소가 방지되어 비화소 부분의 누락성이 양호해질 수 있다.
다관능성 모노머
상기 다관능성 모노머는 광 및 후술하는 광중합 개시제의 작용으로 중합할 수 있는 화합물로서, 단관능 단량체, 2관능 단량체, 그 밖의 다관능 단량체 등을 들 수 있다. 상기 단관능 단량체의 구체적인 예로는 노닐페닐카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-에틸헥실카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, N-비닐피롤리돈 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(아크릴로일 옥시에틸)에테르, 3-메틸펜탄디올디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 그밖의 다관능 단량체의 구체적인 예로는 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 등을 들 수 있다.
이들 중에서 2관능 이상의 다관능 단량체가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 다관능성 모노머의 함량은 착색 감광성 수지 조성물 내 총 고형분 중량%에 대하여 5 내지 50중량% 포함되는 것이 바람직하고, 7 내지 50중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 상기 다관능성 모노머가 상기 범위 이내로 포함되는 경우에는 화소부의 강도와 신뢰성이 양호해질 수 있다.
카바졸계 광중합 개시제
상기 카바졸계 광중합성 개시제는 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00004
상기 화학식 2에서,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기,
Figure pat00005
, COR16 또는 NO2이고,
R1 및 R2, R2 및 R3, R3 및 R4, R5 및 R6, R6 및 R7, 또는 R7 및 R8 중 적어도 한 쌍은
Figure pat00006
이고,
R9 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기이거나, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이고,
R13은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 2 내지 12의 알케닐기, 탄소수 4 내지 8의 시클로알케닐기, 탄소수 2 내지 12의 알키닐기, 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기, 페닐기 또는 나프틸기이고,
상기 R14는 수소, 탄소수 3 내지 8의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 5의 알케닐기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 페닐기 또는 나프틸기이고,
상기 R15는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기이고,
상기 R16은 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 및 탄소수 1 내지 20의 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고,
상기 X는 CO 또는 직접 연결이다.
이때, 상기 R15는 바람직하게는, 페닐기, 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 4의 할로알킬기, CN, NO2, OR17, SR18, NR19R20, PO(OC2H5)2, SO를 포함하는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 또는 SO2를 포함하는 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 O, S 또는 NR21을 포함하는 탄소수 2 내지 20의 알킬기, 또는 할로겐 원자, COOR17, CONR19R20, 페닐기, 탄소수 3 내지 8의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시카르보닐기, 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴옥시카르보닐기, OR17, SR18, 또는 NR19R20로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이고,
상기 R17은 탄소수 1 내지 4의 할로알킬기이고,
상기 R18은 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 12의 알케닐기, 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 페닐로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기, 또는 수소이고,
상기 R19 및 R20은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 나프틸기, 또는 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기이고, 상기 R21은 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 할로알킬기, 1개 이상의 O 또는 CO를 포함하는 탄소수 2 내지 20의 알킬기, 또는 페닐로 치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다.
상기 치환기의 종류가 언급되지 않은 작용기(R)의 치환기는 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 카바졸계 광중합 개시제로 상기 화학식 1의 화합물을 포함함으로써, 착색 감광성 수지 조성물의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위 내에서, 상기 카바졸계 화합물 이외에 추가로 옥심 에스테르계 화합물, 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 및 티오크산톤계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있다.
상기 옥심 화합물의 구체적인 예로는 o-에톡시카르보닐-α-옥시이미노-1-페닐프로판-1-온등을 들 수 있으며, 시판품으로바스프사의 OXE01, OXE02가 대표적이다. 상기 아세토페논계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 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 및 2-(4-메틸벤질)-2-(디메틸아미노)-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온 등을 들 수 있다. 상기 벤조페논계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 벤조페논, 0-벤조일벤조산 메틸, 4-페닐벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐술피드, 3,3',4,4'-테트라(tert-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논 및 2,4,6-트리메틸벤조페논 등을 들 수 있다. 상기 트리아진계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 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 및 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(3,4-디메톡시페닐)에테닐]-1,3,5-트리아진 등을 들 수 있다. 상기 비이미다졸 화합물은 구체적으로 예를 들어, 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 및 2,2-비스(2,6-디클로로페닐)-4,4’,5,5’-테트라페닐-1,2’-비이미다졸이 바람직하게 사용된다. 상기 티오크산톤계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 2-이소프로필티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디클로로티오 크산톤 및 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등을 들 수 있다.
상기 추가로 포함될 수 있는 광중합 개시제는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 광중합 개시제는 적색 감광성 수지 조성물 총 중량%에 대하여, 0.1 내지 15 중량%인 것이 바람직하며, 0.3 내지 8 중량%인 것이 보다 바람직하다. 상기 광중합 개시제가 상기 범위 미만으로 포함되면 패턴 형성이 어려울수 있으며, 감도 저하 및 밀착력 저하의 원인이 되며, 상기 범위를 초과하면 베이크 공정 시 불필요한 퓸(fume)이 발생 할 수 있다.
용제
상기 용제는 착색 감광성 수지 조성물에 포함되는 다른 성분들을 용해시키는데 효과적인 것이면, 통상의 착색 감광성 수지 조성물에서 사용되는 용제를 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있으며, 특히 에테르류, 방향족 탄화수소류, 케톤류, 알콜류, 에스테르류 또는 아미드류 등이 바람직하다.
상기 용제는 구체적으로 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸 에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르류, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 디에틸렌글리콜디알킬에테르류, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트등의 에틸렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 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, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 알코올류, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸 등의 에스테르류, γ-부티롤락톤 등의 환상 에스테르류 등을 들 수 있다.
상기 용제는 도포성 및 건조성면에서 비점이 100 내지 200℃인 유기 용제가 바람직하며,프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 시클로헥사논, 에틸락테이트, 부탈락테이트, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸 등이 보다 바람직하다.
상기 용제는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며 본 발명의 착색 감광성 수지 조성물의 총 중량%에 대하여 60 내지 90 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 70 내지 85 중량% 포함되는 것이 보다 바람직하다. 상기 용제가 상기 범위 이내일 경우에는롤 코터, 스핀 코터, 슬릿 앤드 스핀 코터, 슬릿 코터(다이 코터라고도 하는 경우가 있음), 잉크젯 등의 도포 장치로 도포했을 때 도포성이 양호해질 수 있다.
<컬러필터>
본 발명의 컬러필터는 화상표시장치에 적용되는 경우에, 표시장치 광원의 광에 의해 발광하므로, 보다 뛰어난 광 효율을 구현할 수 있다. 또한, 색상을 가진 광이 방출되는 것이므로 색 재현성이 보다 우수하고, 광루미네선스에 의해 전 방향으로 광이 방출되므로 시야각도 개선될 수 있다.
컬러필터는 기판 및 상기 기판의 상부에 형성된 패턴층을 포함한다.
기판은 컬러필터 자체 기판일 수 있으며, 또는 디스플레이 장치 등에 컬러필터가 위치되는 부위일 수도 있는 것으로, 특별히 제한되지 않는다. 상기 기판은 유리, 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx) 또는 고분자 기판일 수 있으며, 상기 고분자 기판은 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 등일 수 있다.
패턴층은 본 발명의 착색 감광성 수지 조성물을 포함하는 층으로, 상기 착색 감광성 수지 조성물을 도포하고 소정의 패턴으로 노광, 현상 및 열경화하여 형성된 층일 수 있다.
상기 착색 감광성 수지 조성물로 형성된 패턴층은 적 양자점 입자를 함유한 적색 패턴층, 녹 양자점 입자를 함유한 녹색 패턴층, 및 청 양자점 입자를 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 실시예에 따르면, 상기 패턴층은 적색 패턴층, 녹색 패턴층 및 청색 패턴층 중 2종 색상의 패턴층만을 구비할 수도 있다. 그러한 경우에는 상기 패턴층은 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.
상기와 같은 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.
<화상표시장치>
또한, 본 발명은 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 발명의 컬러필터는 통상의 액정 표시 장치뿐만 아니라, 전계 발광 표시 장치, 플라스마 표시 장치, 전계 방출 표시 장치 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 실시예에 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 구비할 수 있다.
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 방추라고, 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 갖을 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다. 또한, 이하에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
합성예 1: 알칼리 가용성 수지의 합성(A-1)의 합성
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 1000ml플라스크에 프로필렌 글리콜 모노 메틸에테르 아세테이트 400부, AIBN 7부, 바이닐톨루엔 45부, 2-페닐싸이오에틸아크릴레이트58부, 메타크릴레이트 20부, 메타아크릴산 30부를 투입하고 질소 치환하였다. 그 후 교반하며 반응액의 온도를 100℃로 상승시키고 상승 후 10시간 반응하였다. 상기 합성된 알칼리 가용성 수지의 최종 고형분은 31.0%, 고형분 산가는 100㎎KOH/g이며 GPC로 측정한 중량 평균 분자량은 12,000 이었다.
합성예 2: 알칼리 가용성 수지의 합성(A-2)의 합성
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 1000ml플라스크에 프로필렌 글리콜 모노 메틸에테르 아세테이트 400부, AIBN 7부, 바이닐톨루엔 45부, 2-페닐싸이오에틸아크릴레이트 58부, 메타크릴레이트 20부, 메타아크릴산 30부 를 투입하고 질소 치환하였다. 그 후 교반하며 반응액의 온도를 100℃로 상승시키고 상승 후 7시간 반응하였다. 상기 합성된 알칼리 가용성 수지의 최종 고형분은 31.0%, 고형분 산가는 100㎎KOH/g이며 GPC로 측정한 중량 평균 분자량은 9,000 이었다.
합성예 3: 알칼리 가용성 수지의 합성(A-3)의 합성
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 1000ml플라스크에 프로필렌 글리콜 모노 메틸에테르 아세테이트 400부, AIBN 7부, 바이닐톨루엔 45부, 2-페닐싸이오에틸아크릴레이트 58부, 메타크릴레이트 20부, 메타아크릴산 45부를 투입하고 질소 치환하였다. 그 후 교반하며 반응액의 온도를 100℃로 상승시키고 상승 후 10시간 반응하였다. 상기 합성된 알칼리 가용성 수지의 최종 고형분은 31.0%, 고형분 산가는 130㎎KOH/g 이며 GPC로 측정한 중량 평균 분자량은 12,000 이었다.
합성예 4: 알칼리 가용성 수지의 합성(A-4)의 합성
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 1000ml플라스크에 프로필렌 글리콜 모노 메틸에테르 아세테이트 400부, AIBN 7부, 바이닐톨루엔 45부, 2-페닐싸이오에틸아크릴레이트 58부, 메타크릴레이트 20부, 메타아크릴산 30부 를 투입하고 질소 치환하였다. 그 후 교반하며 반응액의 온도를 100℃로 상승시키고 상승 후 15시간 반응하였다. 상기 합성된 알칼리 가용성 수지의 최종 고형분은 31.0%, 고형분 산가는 100㎎KOH/g 이며 GPC로 측정한 중량 평균 분자량은 18,000 이었다.
합성예 5: 알칼리 가용성 수지의 합성(A-5)의 합성
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 1000ml플라스크에 프로필렌 글리콜 모노 메틸에테르 아세테이트 400부, AIBN 7부, 바이닐톨루엔 45부, 2-페닐싸이오에틸아크릴레이트58부, 메타크릴레이트 20부, 메타아크릴산 35부를 투입하고 질소 치환하였다. 그 후 교반하며 반응액의 온도를 100℃로 상승시키고 상승 후 10시간 반응하였다. 상기 합성된 알칼리 가용성 수지의 최종 고형분은 31.0%, 고형분 산가는 110㎎KOH/g이며 GPC로 측정한 중량 평균 분자량은 12,000 이었다.
합성예 6: 알칼리 가용성 수지의 합성(A-6)의 합성
교반기, 온도계 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 1000ml플라스크에 프로필렌 글리콜 모노 메틸에테르 아세테이트 400부, AIBN 7부, 바이닐톨루엔 45부, 2-페닐싸이오에틸아크릴레이트58부, 메타크릴레이트 20부, 메타아크릴산 35부를 투입하고 질소 치환하였다. 그 후 교반하며 반응액의 온도를 100℃로 상승시키고 상승 후 12시간 반응하였다. 상기 합성된 알칼리 가용성 수지의 최종 고형분은 31.0%, 고형분 산가는 110㎎KOH/g이며 GPC로 측정한 중량 평균 분자량은 14,000 이었다.
합성예 7: 광중합 개시제(C-1)의 합성
Step 1. 13-(2- 에틸헥실 )-13H- 디벤조[a,i]카르바졸 제조
3mL의 DMF에 13H-디벤조[a,i]카르바졸(0.70g, 3.22mol)을 혼합한 후, 0℃에서 수소화나트륨(0.19g, 4.67mmol)을 첨가하였다. 0℃에서 1시간 동안 교반한 후, 1-나프틸히드라진 히드로클로라이드(1.24g, 6.44mmol)을 0℃에서 첨가하고, 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다.
반응 혼합물에 얼음물을 첨가하고, 생성된 생성물을 아세트산 에틸 에스테르로 2회 추출하였다. 유기 층을 물 및 염수로 세척하고, 황산마그네슘 상에서 건조 및 농축시켰으며, 다시 진공 하에 건조시켜 생성물로서, 황색 액체인 13-(2-에틸헥실)-13H-디벤조[a,i]카르바졸(1.08g)을 수득하였다. 상기 생성물을 후속 반응에 추가 정제 없이 사용하였다.
Step 2. (13-(2- 에틸헥실 )-5-(2,4,6- 트리메틸벤조일 )-13H- 디벤조[a,i]카르바졸 -8-일]-[4-(2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시)-페닐]-메타논 제조
40mL의 염화메틸렌에 상기 step 1의 생성물인 13-(2-에틸헥실)-13H-디벤조[a,i]카르바졸(47.16 g, 143.0 mmol)을 혼합한 후, 0℃에서 2,4,6-트리메틸벤조일 클로라이드(27.45g, 150.0mol) 및 염화알루미늄(20.00 g, 150.0mol)을 첨가하였다.
실온에서 2시간 동안 교반한 후, 염화알루미늄(22.93g, 172.0mol)을 0℃에서 첨가하고, 2,4,6-트리메틸벤조일 클로라이드(23.78g, 150.0mol)를 적가한 다음, 혼합물을 실온에서 3시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물에 얼음물을 첨가하고, 생성된 생성물을 염화메틸렌으로 2회 추출하였다. 유기 층을 물 및 염수로 세척하고, 황산마그네슘 상에서 건조시켰다.
그 후, n-헥산 230mL를 첨가한 후, 염화메틸렌을 농축에 의해 제거하여 베이지색 고체를 수득하였다. 상기 고체를 여과하여 수집하고, n-헥산으로 세척한 다음, 건조시켜 베이지색 고체인 (13-(2-에틸헥실)-5-(2,4,6-트리메틸벤조일)-13H-디벤조[a,i]카르바졸-8-일]-[4-(2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시)-페닐]-메타논(81.81 g, 95.7%)을 수득하였다.
step 3: (13-(2- 에틸헥실 )-5-(2,4,6- 트리메틸벤조일 )-13H- 디벤조[a,i]카르바졸 -8-일]-[4-(2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시)-페닐]-메타논 옥심 제조
10mL의 피리딘에 상기 step 2에서 제조한 (13-(2-에틸헥실)-5-(2,4,6-트리메틸벤조일)-13H-디벤조[a,i]카르바졸-8-일]-[4-(2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시)-페닐]-메타논(5.98g, 10.0mol)을 혼합한 후, 실온에서 2-메톡시에탄올 (2.28g, 30.00mol) 및 칼륨 tert-부톡시드(1.68g, 15.00mol)를 첨가하였다.
상기 혼합물을 80℃로 가열한 후, 3.5시간 동안 교반하였다. 그 후, 반응 혼합물에 히드록실암모늄 클로라이드(2.08g, 30.00mol)를 첨가한 다음, 혼합물을 100℃에서 밤새 교반하였다. 이것을 실온에서 냉각시킨 후, 반응 혼합물에 물 200 mL를 첨가하여 고체를 침전시켰다. 침전된 고체를 여과한 후, 메탄올로 세척하였다. 백색 고체인 (13-(2-에틸헥실)-5-(2,4,6-트리메틸벤조일)-13H-디벤조[a,i]카르바졸-8-일]-[4-(2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시)-페닐]-메타논 옥심(4.73g, 71%)을 수득하였다.
step 4: (13-(2- 에틸헥실 )-5-(2,4,6- 트리메틸벤조일 )-13H- 디벤조[a,i]카르바졸 -8-일]-[4-(2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시)-페닐]-메타논 옥심 O-아세테이트 제조
20mL 아세톤에 상기 step 3에서 제조한 (13-(2-에틸헥실)-5-(2,4,6-트리메틸벤조일)-13H-디벤조[a,i]카르바졸-8-일]-[4-(2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시)-페닐]-메타논(2.59,; 3.87mol)을 혼합한 후, 0℃에서 트리에틸아민(0.78g, 7.74mol) 및 아세틸 클로라이드 (0.61g, 7.74mol)를 첨가하였다.
혼합물을 2 시간 동안 교반하고, 반응이 완결된 후, 반응 혼합물에 물을 첨가한 후, tert-부틸메틸에테르로 생성물을 추출하였다. 유기 층을 물 및 염수로 세척하고, 황산마그네슘 상에서 건조시키고, 농축시켜 잔류물을 수득하였다. 상기 잔류물을 tert-부틸메틸에테르로 재결정화하여 백색 고체인 (13-(2-에틸헥실)-5-(2,4,6-트리메틸벤조일)-13H-디벤조[a,i]카르바졸-8-일]-[4-(2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시)-페닐]-메타논 옥심 O-아세테이트(2.00 g, 73%)를 수득하였다. 상기 생성물은 이성질체 혼합물로 구성되었다.
착색 감광성 수지 조성물의 제조
실시예 1
착색제로 C.I. 피그먼트 그린 58(안료) 25부, C.I. 피그먼트 옐로우 150(안료) 5부, 안료분산제로 BYK-2001(BYK社) 4.0부, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 66부를 혼합하고, 비드밀을 이용하여 안료를 충분히 분산시켰다.
이후, 합성예 1의 알칼리 가용성 수지 A-1 30부, 광중합성 화합물 A9550(신나카무라社) 6.6부, 합성예 5의 광중합 개시제 C-1 1.3부, 용제 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 52.7부를 혼합하여 착색 경화성 수지 조성물을 얻었다.
실시예 2
실시예 1의 알칼리 가용성 수지를 합성예 5로 대체한 것 이외에는 동일한 조성을 적용하였다.
실시예 3
실시예 1의 알칼리 가용성 수지를 합성예 6으로 대체한 것 이외에는 동일한 조성을 적용하였다.
비교예 1
실시예 1의 광중합 개시제를 I-369(바스프)로 대체한 것 이외에는 동일한 조성을 적용하였다.
비교예 2
실시예 1의 광중합 개시제를 OXE-01(바스프)로 대체한 것 이외에는 동일한 조성을 적용하였다.
비교예 3
실시예 1의 알칼리 가용성 수지를 합성예 2로 대체한 것 이외에는 동일한 조성을 적용하였다.
비교예 4
실시예 1의 알칼리 가용성 수지를 합성예 3로 대체한 것 이외에는 동일한 조성을 적용하였다.
비교예 5
실시예 1의 알칼리 가용성 수지를 합성예 4로 대체한 것 이외에는 동일한 조성을 적용하였다.
비교예 6
실시예 1의 알칼리 가용성 수지를 SPCY-1L(쇼와고분자)로 대체한 것 이외에는 동일한 조성을 적용하였다.
실험예
상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 6에서 제조된 감광성 수지 조성물을 이용하여 컬러필터를 제조하였다. 즉, 상기 각각의 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅법으로 베어 글라스(bare glass) 기판 위에 도포한 다음, 가열판 위에 놓고 100℃의 온도에서 2분간 유지하여 박막을 형성시켰다. 이어서 상기 박막 위에 투과율을 1 내지 100%의 범위에서 계단상으로 변화시키는 패턴과 1㎛ 내지 100㎛의 라인/스페이스 패턴을 갖는 시험 포토마스크를 올려놓고 시험 포토마스크와의 간격을 200㎛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 2분 동안 담궈 현상하였다. 후공정 베이크는 230에서 30분간 진행하였다. 상기에서 제조된 컬러필터의 필름 두께는 2.5㎛이었다.
1. 선뜯김 평가
상기 제작된 컬러필터를 ECLIPSE LV100POL Model(니콘사 제조) 광학현미경을 사용하여 반사모드에서 직진성을 확인하였다. 선뜯김 판단기준은 도 1과 같은 수준일 때를 기준하여 O, X 로 판단하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
2. 감도
상기 제작된 컬러필터를 도 2 와 같이 투과율별 남아있는 패턴의 개수를 확인하여 감도를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
3. 재용해성
실험예에서 제작된 박막 기판을 PGMEA에 침지하여 2분간 대기한 후 재용해 될 때 녹아나는 모습을 촬영하여 재용해성을 판단하였다. 도 3과 같이 박리는 NG, 용해는 OK로 판단하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
구분 선뜯김 감도 재용해성
실시예 1 O 9 용해
실시예 2 O 8 용해
실시예 3 O 8 용해
비교예 1 X 3 용해
비교예 2 X 2 용해
비교예 3 O 8 박리
비교예 4 O 9 박리
비교예 5 O 8 박리
비교예 6 O 8 박리
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 상기 조성물을 혼합한 실시예 1 내지 3의 착색 감광성 수지 조성물은 선뜯김, 감도 및 재용해성이 모두 우수함을 확인 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 알칼리 가용성 수지; 및
    하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함하는 카바졸계 광중합 개시제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 착색 감광성 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00007

    (상기 화학식 1에서,
    R은 수소 또는 알킬기이고, R'는 수소, 알킬기, 헤테로싸이클릭기, 헤테로 싸이클릭 아로마틱기 또는 아로마틱기이다).
    [화학식 2]
    Figure pat00008

    (상기 화학식 2에서,
    R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기,
    Figure pat00009
    , COR16 또는 NO2이고,

    R1 및 R2, R2 및 R3, R3 및 R4, R5 및 R6, R6 및 R7, 또는 R7 및 R8 중 적어도 한 쌍은
    Figure pat00010
    이고,
    R9 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기이거나, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이고,
    R13은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 2 내지 12의 알케닐기, 탄소수 4 내지 8의 시클로알케닐기, 탄소수 2 내지 12의 알키닐기, 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기, 페닐기 또는 나프틸기이고,
    상기 R14는 수소, 탄소수 3 내지 8의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 5의 알케닐기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 페닐기 또는 나프틸기이고,
    상기 R15는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기이고,
    상기 R16은 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 및 탄소수 1 내지 20의 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고,
    상기 X는 CO 또는 직접 연결이다).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리 가용성 수지는
    분자량이 Mw 10,000 내지 15,000인 것을 특징으로 하는 착색 감광성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리 가용성 수지는
    산가가 90 내지 120KOHmg/g이며, 분산도(Mw/Mn)는 1.5 내지 3.0인 것을 특징으로 하는 착색 감광성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 착색 감광성 수지 조성물은 착색제, 다광능성 모노머 및 용제 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착색 감광성 수지 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 착색 감광성 수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 컬러필터.
  6. 제5항의 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
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