KR20210098207A - 색변환 소자, 이를 포함하는 색변환 필터 및 화상표시장치 - Google Patents

색변환 소자, 이를 포함하는 색변환 필터 및 화상표시장치 Download PDF

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KR20210098207A
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Abstract

본 발명은 광원(100); 및 격벽(200)과 색변환 화소(300)를 포함하는 색변환 화소층;을 포함하고, 상기 광원(100)과 반대면(광원과 대치되는 방향, 시야방향, 400)에 위치한 격벽(200)의 상부면과 평행한 가상의 선(201);과 상기 상부면에서 광원(100) 방향으로 이어지는 격벽(200)의 측면(202);간의 각도(203)가 65 내지 90°로 조절됨으로써, 상기 색변환 화소(300) 내 포함될 수 있는 양자점 등의 색변환 물질들로부터 사방으로 방출되는 광의 경로를 시야방향(광원과 대치되는 방향에 위치, 400)으로 최대한 변환시키고, 개구율이 최적의 상태로 조절됨으로써, 광효율이 향상되어 휘도가 우수한 색변환 소자에 관한 것이다.

Description

색변환 소자, 이를 포함하는 색변환 필터 및 화상표시장치{COLOR CONVERSION ELEMENT, COLOR CONVERSION FILTER AND IMAGE DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 색변환 소자, 이를 포함하는 색변환 필터 및 화상표시장치에 관한 것이다.
화상표시장치는 광원, 예를 들어 유기 발광 소자 등으로부터 광을 제공받아 색상을 구현하는 색변환 소자를 포함할 수 있다. 이 때, 색변환 소자는 화상표시장치에 별도의 기판 형태로 배치되거나 또는 화상표시장치 내의 소자들에 직접 일체화되어 형성될 수 있다.
일 예로서, 색변환 소자는 광원으로부터 청색광을 제공받아 청, 녹, 적색을 각각 방출함으로써 다양한 색상을 갖는 이미지가 시인되도록 할 수 있으며, 이 경우 녹색과 적색은 제공받은 청색광을 변환하여 구현할 수 있고, 청색은 제공된 청색광을 그대로 방출하거나 시야각 향상을 위해 산란시켜서 구현할 수 있다.
다만, 광원으로부터 제공된 광이 파장 변환 입자나 산란체를 포함하는 층을 투과하는 과정에서 녹, 적색으로 변환되지 않고 필터층에 의해 흡수되거나 산란되어 다시 광원 측으로 유출되는 등의 경우 광 손실이 발생하여 광 효율, 휘도 등이 저하되는 문제가 있다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2018-0030353호에는 포토루미네선스 나노 복합체; 광중합성 단량체; 제1광중합 개시제; 제2광중합 개시제; 바인더 수지; 및 용매;를 포함하고, 상기 포토루미네선스 나노 복합체는 제1양자점 나노 복합체, 제2양자점 나노 복합체, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제1양자점 나노복합체는 제1양자점 나노 입자 및 상기 제1양자점 나노 입자를 둘러싸고 제1무기물을 포함한 제1코팅층을 포함하고, 상기 제2양자점 나노 복합체는 제2양자점 나노 입자 및 상기 제2양자점 나노 입자를 둘러싸고 제2무기물을 포함한 제2코팅층을 포함하고, 상기 제1광중합 개시제는 옥심계 화합물을 포함하고, 상기 제2광중합 개시제는 아세토페논계 화합물, 티오크산톤계 화합물, 벤조페논계 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함함으로써, 광효율 및 색재현성이 우수한 포토레지스트 조성물에 대하여 기재되어 있으나, 이에는 각 화소를 구획하고 구별하는 격벽에 대한 언급이 부재할 뿐만 아니라, 광 효율 좋지 못한 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0030353(2018.03.22.)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 색변환 화소층의 격벽 형성을 특정하여 화소에 포함된 양자점 입자로부터 발광된 빛의 궤도를 시야방향으로 조정함으로써 광효율이 우수한 색변환 화소를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 색변환 소자는 광원; 및 격벽과 색변환 화소를 포함하는 색변환층;을 포함하고, 상기 광원과 반대면에 위치한 격벽의 상부면과 평행한 가상의 선;과 상기 상부면에서 광원 방향으로 이어지는 격벽의 측면;간의 각도가 65 내지 90°이다.
또한, 본 발명은 상기 색변환 소자를 포함하는 색변환 필터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 색변환 필터를 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 발명의 색변환 화소는 개구율이 최적의 상태로 조절됨으로써, 이를 통해 우수한 광 효율 즉, 휘도가 우수한 이점이 있다.
본 발명의 색변환 필터는 전술한 색변환 화소를 포함함으로써, 휘도가 우수한 이점이 있다.
본 발명의 화상표시장치는 전술한 색변환 필터를 포함함으로써, 휘도가 우수하여 고색재현이 가능한 이점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 한 양태에 따른 색변환 화소의 구조를 도시화한 것이다.
도 3은 실험예 1에서 실시한 격벽의 반사특성 결과를 도시한 것이다.
본 발명에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 직접 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 개재되어 있는 경우도 포함한다.
본 발명에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 도 1 및 도 2를 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
< 색변환 소자>
본 발명의 한 양태에 따른 색변환 소자는 광원(100); 및 격벽(200)과 색변환 화소(300)를 포함하는 색변환 화소층을 포함하고, 상기 광원(100)과 반대면(광원과 대치되는 방향, 시야방향 400)에 위치한 격벽(200)의 상부면과 평행한 가상의 선(201);과 상기 상부면에서 광원(100) 방향으로 이어지는 격벽(200)의 측면(202);간의 각도(203) 가 65 내지 90°로 조절됨으로써, 상기 색변환 화소(300) 내 포함될 수 있는 양자점 등의 색변환 물질들로부터 사방으로 방출되는 광의 경로를 시야방향(광원과 대치되는 방향에 위치, 400)으로 최대한 변환시키고, 개구율이 최적의 상태로 조절됨으로써, 광효율이 향상되어 휘도가 우수한 이점이 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 광원(100)과 반대면(광원과 대치되는 방향, 시야방향 400)에 위치한 격벽(200)의 상부면과 평행한 가상의 선(201);과 상기 상부면에서 광원(100) 방향으로 이어지는 격벽(200)의 측면(202);간의 각도(203)는 바람직하게는 65 내지 85°일 수 있으며, 이 경우 광효율이 보다 향상되어 휘도가 보다 우수할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 격벽(200) 및 색변환 화소(300)를 포함하는 색변환 화소층의 두께는 9 내지 19㎛일 수 있고, 바람직하게는 11 내지 17㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 13 내지 15㎛일 수 있다. 상기 두께가 상기 범위 내로 포함되는 경우 광효율이 보다 향상되어 색변환 화소(300)의 성능이 보다 우수하게 발현될 수 있는 이점이 있으며, 상기 범위 미만인 경우 색변환 화소(300)의 성능이 다소 저하되어 광원(100)으로부터 입사되는 광과 색변환 화소(300)로부터 방출되는 광이 혼재되어 동시에 관찰되는 문제가 발생할 수도 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 두께가 너무 두꺼워짐으로써 광효율이 다소 저하될 수 있다.
광원(100)
본 발명의 한 양태에 따른 색변환 소자는 광원(100)을 포함한다.
상기 광원(100)을 광을 생성하는 것으로, 광을 생성하는 모든 구성을 포함할 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 유기 또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있고, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type), 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type) 또는 플립 칩(Flip chip) 모두에 적용 가능하며, 본 발명에서 이를 특별히 한정하지는 않는다.
상기 광원(100)은 또한, 면광원, 점광원 또는 선광원일 수도 있으며, 상기 광원(100)은 발광 소자를 포함하는 발광부, 발광부의 하측에 위치하여 발광부에서 나오는 광을 반사시키는 반사판, 발광부에서 발광된 광을 색변환 화소(300) 측으로 위치하는 하나 이상의 광학 시트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 당 업계에서 광원(100)의 구성으로 사용되는 모든 구성을 특별한 제한 없이 더 포함할 수 있다.
격벽 (200)
본 발명의 한 양태에 따른 색변환 소자는 격벽(200)을 포함하며, 본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 격벽(200)은 가시광선 영역으로 언급되는 380㎚ 내지 780㎚ 구간에서 흡수, 투과, 반사 특성을 가지는 착색제, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
착색제
본 발명의 일 실시형태에 따른 격벽(200)은 착색제를 포함하는 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 착색제는 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다.
상기 안료는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 유기 안료 또는 무기 안료를 사용할 수 있으며, 인쇄 잉크, 잉크젯 잉크 등에 사용되는 각종의 안료를 사용할 수 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, 안트라피리미딘안료, 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 화이트 4, 5, 6, 6:1, 7, 18, 18:1, 19, 20, 22, 25, 26, 27 및 28;
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, 59, 62 및 63
C.I 피그먼트 브라운 28;
C.I 피그먼트 블랙 1 및 7 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 안료는 그 입경이 균일하게 분산된 안료 분산액의 형태로 사용하는 것이 바람직할 수 있는데, 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.
상기 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 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 BMA(부틸메타아크릴레이트) 또는 DMAEMA(N,N-디메틸아미노에틸메타아크릴레이트)를 포함하는 아크릴레이트계분산제(이하, 아크릴 분산제라고 함)를 함유하는 것이 바람직할 수 있다. 이 때, 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 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며,
이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 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 폴리카르복실산에스테르, 불포화 폴리아미드, 폴리카르복실산, 폴리카르복실산의 (부분적)아민 염, 폴리카르복실산의 암모늄 염, 폴리카르복실산의알킬아민 염, 폴리실록산, 장쇄폴리아미노아미드포스페이트 염, 히드록실기-함 폴리카르복실산의에스테르 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-스티렌코폴리머, (메트)아크릴산-(메트)아크릴레이트에스테르코폴리머, 스티렌-말레산코폴리머, 폴리비닐 알코올 또는 폴리비닐피롤리돈과 같은 수용성 수지 또는 수용성 폴리머 화합물; 폴리에스테르; 개질 폴리아크릴레이트; 에틸렌 옥사이드/프로필렌옥사이드의 부가생성물 및 포스페이트에스테르 등을 들 수 있다. 상기한 수지형 분산제의 시판품으로는양이온계 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 단독으로 또는 2종이상을 조합하여 사용할 수 있으며, 아크릴 분산와 병용하여 사용할 수도 있다.
상기 분산제의 사용량은 함께 사용되는 안료의 고형분 총 중량을 기준으로 5 내지 60중량%, 더욱 바람직하게는 15 내지 50중량%일 수 있다. 상기 분산제의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우 점도가 높아질 수 있으며, 상기 범위 미만일 경우에는 안료의 미립화가 어렵거나, 분산 후 겔화 등의 문제를 야기할 수도 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 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 착색제는 백색 안료 또는 염료를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 TiO2를 포함하는 것일 수 있다. 이와 같이, 백색 안료 또는 염료를 포함하는 격벽이 형성되는 경우, 반사특성이 우수하여 광효율이 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 착색제는 바람직하게는 백색 안료 또는 염료와 함께 그 외의 착색제를 혼합하여 사용할 수도 있으나, 가장 바람직하게는 백색 안료 또는 염료만을 포함할 수도 있고, 이 경우 이를 포함하는 격벽(100)의 반사특성이 보다 향상됨으로써 색변환 화소(300)의 광효율이 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.
상기 착색제의 함량은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 당 업계에서 일반적으로 사용되는 함량 범위를 적용할 수 있다.
알칼리 가용성 수지
본 발명의 일 실시형태에 따른 격벽(200)은 알칼리 가용성 수지를 포함하는 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지는 상기 감광성 수지 조성물로 제조하는 격벽(200)의 비노광부를 알칼리 가용성으로 만들어 제거 가능하게 하고, 노광 영역을 잔류시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 감광성 수지 조성물이 상기 알칼리 가용성 수지를 포함하는 경우, 상기 착색제가 조성물 내에 고르게 분산 될 수 있으며, 공정 중에 상기 착색제를 보호하여 휘도를 유지하도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니나, 상기 알칼리 가용성 수지는 50 내지 200 (mgKOH/g)의 산가를 갖는 것을 선정하여 사용할 수 있다. 상기 "산가"란, 아크릴계 중합체 1g을 중화하는 데 필요한 수산화칼륨의 양(mg)으로서 측정되는 값으로 용해성에 관여한다. 상기 알칼리 가용성 수지의 산가가 상기 범위 미만인 경우 충분한 현상속도를 확보하기 어려울 수 있으며, 상기 범위를 초과하면 기판과의 밀착성이 감소되어 패턴의 단락이 발생하기 쉽고, 전체 조성물의 저장 안정성이 저하되어 점도가 상승하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 알칼리 가용성 수지는 경화막으로 사용하기 위한 표면 경도 향상을 위해 분자량 및 분자량 분포도(Mw/Mn)의 한정을 고려할 수도 있다. 바람직하기로 중량평균분자량이 1,000 내지 50,000, 바람직하게는 3,000 내지 30,000이 되도록 하고, 분자량 분포도는 1.1 내지 4.0, 바람직하기로 1.3 내지 2.5의 범위를 갖도록 직접 중합하거나 구입하여 사용한다. 상기 범위의 분자량 및 분자량 분포도를 갖는 알칼리 가용성 수지는 이미 언급한 경도가 향상될 수 있고, 높은 잔막율 뿐만 아니라 현상액 중의 비-노출부의 용해성이 탁월하고 해상도를 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지는 카르복실기 함유 불포화 단량체의 중합체, 또는 이와 공중합 가능한 불포화 결합을 갖는 단량체와의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이때 상기 카르복실기 함유 불포화 단량체는 불포화 모노카르복실산, 불포화 디카르복실산, 불포화 트리카르복실산 등이 가능하다. 구체적으로, 불포화 모노카르복실산으로서는, 예를 들면 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, α-클로로아크릴산, 신남산 등을 들 수 있다. 불포화 디카르복실산으로서는, 예를 들면 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산, 메사콘산 등을 들 수 있다. 불포화 다가 카르복실산은 산무수물일 수도 있으며, 구체적으로는 말레산 무수물, 이타콘산 무수물, 시트라콘산 무수물 등을 들 수 있다. 또한, 불포화 다가 카르복실산은 그의 모노(2-메타크릴로일옥시알킬)에스테르일 수도 있으며, 예를 들면 숙신산 모노(2-아크릴로일옥시에틸), 숙신산모노(2-메타크릴로일옥시에틸), 프탈산 모노(2-아크릴로일옥시에틸), 프탈산 모노(2-메타크릴로일옥시에틸) 등을 들 수 있다. 불포화 다가 카르복실산은 그 양말단 디카르복시 중합체의 모노(메타)아크릴레이트일 수도 있으며, 예를 들면 ω-카르복시폴리카프로락톤 모노아크릴레이트, ω-카르복시폴리카프로락톤 모노메타크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 카르복실기 함유 단량체는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 카르복실기 함유 불포화 단량체와 공중합이 가능한 단량체는 방향족 비닐 화합물, 불포화 카르복실산 에스테르 화합물, 불포화 카르복실산 아미노알킬에스테르 화합물, 불포화 카르복실산 글리시딜에스테르 화합물, 카르복실산 비닐에스테르 화합물, 불포화 에테르류 화합물, 시안화 비닐 화합물, 불포화 이미드류 화합물, 지방족 공액 디엔류 화합물, 분자쇄의 말단에 모노아크릴로일기 또는 모노메타크릴로일기를 갖는 거대 단량체, 벌키성 단량체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 공중합 가능한 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, o-비닐톨루엔, m-비닐톨루엔, p-비닐톨루엔, p-클로로스티렌, o-메톡시스티렌, m-메톡시스티렌, p-메톡시스티렌, o-비닐벤질메틸에테르, m-비닐벤질메틸에테르, p-비닐벤질메틸에테르, o-비닐벤질글리시딜에테르, m-비닐벤질글리시딜에테르, p-비닐벤질글리시딜에테르, 인덴 등의 방향족 비닐 화합물; 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, n-프로필메타크릴레이트, i-프로필아크릴레이트, i-프로필메타크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, i-부틸아크릴레이트, i-부틸메타크릴레이트, sec-부틸아크릴레이트, sec-부틸메타크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, 3-히드록시프로필아크릴레이트, 3-히드록시프로필메타크릴레이트, 2-히드록시부틸아크릴레이트, 2-히드록시부틸메타크릴레이트, 3-히드록시부틸아크릴레이트, 3-히드록시부틸메타크릴레이트, 4-히드록시부틸아크릴레이트, 4-히드록시부틸메타크릴레이트, 알릴아크릴레이트, 알릴메타크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 페닐아크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트, 2-메톡시에틸메타크릴레이트, 2-페녹시에틸아크릴레이트, 2-페녹시에틸메타크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시프로필렌글리콜아크릴레이트, 메톡시프로필렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜아크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜메타크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 이소보르닐메타크릴레이트, 디시클로펜타디에닐아크릴레이트, 디시클로펜타디에틸메타크릴레이트, 아다만틸(메타)아크릴레이트, 노르보르닐(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필메타크릴레이트, 글리세롤모노아크릴레이트, 글리세롤모노메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 에스테르; 2-아미노에틸아크릴레이트, 2-아미노에틸메타크릴레이트, 2-디메틸아미노에틸아크릴레이트, 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 2-아미노프로필아크릴레이트, 2-아미노프로필메타크릴레이트, 2-디메틸아미노프로필아크릴레이트, 2-디메틸아미노프로필메타크릴레이트, 3-아미노프로필아크릴레이트, 3-아미노프로필메타크릴레이트, 3-디메틸아미노프로필아크릴레이트, 3-디메틸아미노프로필메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 아미노알킬에스테르 화합물; 글리시딜아크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 글리시딜에스테르 화합물; 아세트산 비닐, 프로피온산 비닐, 부티르산 비닐, 벤조산 비닐 등의 카르복실산 비닐에스테르 화합물; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르, 알릴글리시딜에테르 등의 불포화 에테르 화합물; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴, 시안화 비닐리덴 등의 시안화 비닐 화합물; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, α-클로로아크릴아미드, N-2-히드록시에틸아크릴아미드, N-2-히드록시에틸메타크릴아미드 등의 불포화아미드류; 말레이미드, 벤질말레이미드, N-페닐말레이미드, N-시클로헥실말레이미드 등의 불포화 이미드 화합물; 1,3-부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌 등의 지방족 공액 디엔류; 및 폴리스티렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리-n-부틸아크릴레이트, 폴리-n-부틸메타크릴레이트, 폴리실록산의 중합체 분자쇄의 말단에 모노아크릴로일기 또는 모노메타크릴로일기를 갖는 거대 단량체류; 비유전 상수값을 낮출수 있는 노르보닐 골격을 갖는 단량체, 아다만탄골격을 갖는 단량체, 로진 골격을 갖는 단량체 등의 벌키성 단량체가 사용 가능하다.
상기 알칼리 가용성 수지의 함량은 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 감광성 수지 조성물 중 고형분 전체 중량에 대하여 5 내지 80 중량%, 구체적으로 10 내지 70 중량%, 더욱 구체적으로 15 내지 60 중량%로 포함될 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지가 상기 범위 내로 포함될 경우 현상액에서의 용해성이 충분하여 패턴형성이 용이할 수 있으며, 현상 시에 노광부의 격벽(200) 부분의 막 감소가 방지되어 비격벽 부분의 누락성이 양호해지므로 바람직하다. 상기 알칼리 가용성 수지가 상기 범위 미만으로 포함될 경우 비격벽 부분이 다소 누락될 수 있으며, 상기 알칼리 가용성 수지가 상기 범위를 초과하여 포함될 경우 현상액에서의 용해성이 다소 저하되어 패턴형성이 다소 어려울 수 있다.
광중합성 화합물
본 발명의 일 실시형태에 따른 격벽(200)은 광중합성 화합물을 포함하는 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 광중합성 화합물은 광 및 후술할 광중합 개시제의 작용으로 중합할 수 있는 화합물로서, 당 업계에서 사용되는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 단관능 단량체, 2관능 단량체, 그 밖의 다관능 단량체 등을 들 수 있다.
상기 단관능 단량체의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 노닐페닐카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-에틸헥실카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, N-비닐피롤리돈 등을 들 수 있다.
상기 2관능 단량체의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A의 비스(아크릴로일옥시에틸)에테르, 3-메틸펜탄디올디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 다관능 단량체의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 중에서 2관능 이상의 다관능 단량체가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 광중합성 화합물의 시판되는 예로는 신나카무라사의 A9550 등이 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 광중합성 화합물의 함량은 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 감광성 수지 조성물 전체 중량에 대하여, 대하여 5 내지 80 중량%, 구체적으로 10 내지 70 중량%, 더욱 구체적으로 15 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 광중합성 화합물이 상기 범위 내로 포함될 경우 격벽(200)의 강도나 평활성 측면에서 바람직한 이점이 있다.
상기 광중합성 화합물이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 격벽(200)의 강도가 다소 저하될 수 있으며, 상기 광중합성 화합물이 상기 범위를 초과하여 포함되는 경우 평활성이 다소 저하될 수 있으므로 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직할 수 있다.
광중합 개시제
본 발명의 일 실시형태에 따른 격벽(200)은 광중합 개시제를 포함하는 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 광중합 개시제는 상기 광중합성 화합물을 중합시킬 수 있는 것이라면 그 종류를 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있다. 특히, 상기 광중합 개시제는 중합특성, 개시효율, 흡수파장, 입수성, 가격 등의 관점에서 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 옥심 화합물 및 티오크산톤계 화합물로 이루어지는 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, 2-(4-메틸벤질)-2-(디메틸아미노)-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온 등을 들 수 있다.
상기 벤조페논계 화합물로서는, 예를 들면 벤조페논, o-벤조일벤조산 메틸, 4-페닐벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐술피드, 3,3',4,4'-테트라(tert-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 2,4,6-트리메틸벤조페논 등을 들 수 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, 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, 2,2-비스(2,6-디클로로페닐)-4,4'5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 옥심 화합물의 구체적인 예로는 o-에톡시카르보닐-α-옥시이미노-1-페닐프로판-1-온등을 들 수 있으며, 시판품으로 바스프사의 Irgacure OXE 01, OXE 02가 대표적이다.
상기 티오크산톤계 화합물로서는, 예를 들면 2-이소프로필티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디클로로티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등이 있다.
상기 광중합 개시제의 함량은 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 감광성 수지 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 8 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.
상기 광중합 개시제가 상기 범위 내로 포함되는 경우 상기 감광성 수지 조성물이 고감도화되어 노광 시간이 단축되므로 생산성이 향상되며 높은 해상도를 유지할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 감광성 수지 조성물을 사용하여 형성한 격벽(200)의 강도와 상기 격벽(200) 상단부의 표면에서의 평활성이 양호해지는 이점이 있다.
상기 광중합 개시제는 본 발명에 감광성 수지 조성물의 감도를 향상시키기 위해서, 광중합 개시 보조제와 함께 사용될 수 있다. 상기 광중합 개시 보조제와 함께 사용되는 경우 감도가 더욱 높아져 생산성이 보다 향상되는 이점이 있다.
상기 광중합 개시 보조제는 예컨대, 아민 화합물, 카르복실산 화합물, 티올기를 가지는 유기 황화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물이 바람직하게 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 아민 화합물로는 방향족 아민 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 트리이소프로판올아민 등의 지방족 아민 화합물, 4-디메틸아미노벤조산메틸, 4-디메틸아미노벤조산에틸, 4-디메틸아미노벤조산이소아밀, 4-디메틸아미노벤조산2-에틸헥실, 벤조산2-디메틸아미노에틸, N,N-디메틸파라톨루이딘, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논(통칭: 미힐러 케톤), 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, 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), 테트라에틸렌글리콜비스(3-머캅토프로피오네이트) 등을 들 수 있다.
상기 광중합 개시 보조제의 함량은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 본 발명의 범위를 해치지 않는 범위 내에서 적절히 조절하여 사용할 수 있다.
용제
본 발명의 일 실시형태에 따른 격벽(200)은 용제를 포함하는 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 용제는 당 업계에서 사용되는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 구체적으로 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노프로필에테르, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르 등의 에틸렌글리콜 모노알킬에테르류, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 디프로필에테르, 디에틸렌글리콜 디부틸에테르 등의 디에틸렌글리콜 디알킬에테르류; 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에틸렌글리콜 알킬에테르아세테이트류; 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 등의 알킬렌글리콜 알킬에테르아세테이트류; 메톡시부틸아세테이트, 메톡시펜틸아세테이트 등의 알콕시알킬아세테이트류; 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소류; 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 알코올류; 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸 등의에스테르류; γ-부티롤락톤 등의 환상 에스테르류 등을 들 수 있다.
상기 용제는 도포성 및 건조성면에서 바람직하게는 상기 용제 중에서 비점이 100℃ 내지 200℃인 유기 용제를 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 케톤류, 3-에톡시프로피온산 에틸이나, 3-메톡시프로피온산 메틸 등의 에스테르류를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 시클로헥사논, 3-에톡시프로피온산 에틸, 3-메톡시프로피온산 메틸 등을 사용할 수 있다. 이들 용제는 각각 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용제의 함량은 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 감광성 수지 조성물 전체 중량에 대하여 25 내지 95 중량%, 구체적으로 30 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.
상기 용제의 함량이 상기 범위 이내로 포함될 경우에는 롤코터, 스핀 코터, 슬릿앤드 스핀 코터, 슬릿코터(다이 코터라고도 하는 경우가 있음), 잉크젯 등의 도포 장치로 도포했을 때 도포성이 양호해질 수 있어 바람직하다. 상기 용제의 함량이 상기 범위 미만으로 포함될 경우 도포성이 다소 저하됨에 따라 공정이 다소 어려워질 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 상기 감광성 수지 조성물로 형성된 격벽(200)의 형상이 다소 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
첨가제
상기 감광성 수지 조성물은 그 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
상기 첨가제는 사용자의 필요에 따라 더 포함될 수 있는 구성으로 그 종류를 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 아니나, 예를 들면 감광성 수지 조성물의 코팅성 또는 밀착성을 증진시키기 위한 밀착촉진제, 계면활성제 또는 실란커플링제 등을 들 수 있다.
상기 밀착촉진제는 기판과의 밀착성을 높이기 위하여 첨가될 수 있는 것으로서 카르복실기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 에폭시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 반응성 치환기를 갖는 실란 커플링제를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 실란 커플링제는 트리메톡시실릴 벤조산, γ-메타크릴 옥시프로필 트리메톡시 실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐 트리메톡시실란, γ-이소시아네이트 프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시 프로필 트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 등을 들 수 있으며, 이것들은 단독 및 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
상기 감광성 수지 조성물이 상기 계면활성제를 포함하는 경우 코팅성이 보다 향상될 수 있는 이점이 있다. 예컨대 상기 계면활성제는 BM-1000, BM-1100(BM Chemie사), 프로라이드 FC-135/FC-170C/FC-430(스미토모 쓰리엠㈜), SH-28PA/-190/SZ-6032(도레 시리콘㈜)등의 불소계 계면 활성제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이 외에도 상기 감광성 수지 조성물은 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 산화방지제, 자외선 흡수제, 응집 방지제와 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있으며, 상기 첨가제는 역시 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 당 업자가 적절히 추가하여 사용이 가능하다. 예컨대 상기 첨가제는 상기 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 0.05 내지 10 중량%, 구체적으로 0.1 내지 10 중량%, 더욱 구체적으로 0.1 내지 5 중량%로 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
색변환 화소(300)
본 발명의 한 양태에 따른 색변환 소자는 색변환 화소(300)를 포함하며, 본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 색변환 화소(300)는 양자점을 포함하는 착색제, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
양자점을 포함하는 착색제
본 발명의 일 실시형태에 따른 색변환 화소(300)는 양자점을 포함하는 착색제를 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 양자점은 나노 크기의 반도체 물질을 일컬을 수 있다. 원자가 분자를 이루고, 분자는 클러스터라고 하는 작은 분자들의 집합체를 구성하여 나노 입자를 이루게 되는데, 이러한 나노 입자들이 반도체 특성을 띠고 있을 때 양자점이라고 한다. 상기 양자점은 외부에서 에너지를 받아 들뜬 상태에 이르면, 상기 양자점의 자체적으로 해당하는 에너지 밴드갭에 따른 에너지를 방출하게 된다.
상기 자발광 감광성 수지 조성물로 제조된 색변환 화소(300)는 상기 양자점, 구체적으로 양자점을 포함함으로써 광원(100)으로부터의 광 조사에 의해 발광(광 루미네선스(luminescence))할 수 있다.
기존에 컬러필터를 포함하는 통상의 화상표시장치에서는 광원(100)으로부터의 광이 상기 컬러필터를 투과하여 투과한 광을 나타내는 방식으로 컬러가 구현되는데, 이 과정에서 투과되지 못하는 빛은 컬러필터에 흡수되고 흡수되지 않은 파장의 광을 투과하여 보여주기 때문에 광 효율이 저하된다. 그러나, 상기 컬러필터가 본 발명에 따른 자발광 감광성 수지 조성물로 제조된 색변환 화소(300)를 포함하는 색변환 소자를 더 포함하는 경우에는, 상기 색변환 화소(300)가 수광하는 광원(100)을 원하는 파장으로 변환하기 때문에, 보다 뛰어난 광 효율을 구현할 수 있으며, 또한 변환된 광이 파장이 매우 좁은 파장을 가지는 광이기 때문에 색 재현성이 보다 우수할 수 있는 이점이 있다.
상기 양자점의 종류는 광에 의한 자극으로 발광할 수 있는 양자점 입자라면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 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 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
구체적으로, 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 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
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 있다.
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 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 역시 이에 한정되지 않는다.
이에 한정되지는 않으나, 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.
상기 양자점은 균질한(homogeneous) 단일 구조; 코어-쉘(core-shell), 그래디언트(gradient) 구조 등과 같은 이중 구조; 또는 이들의 혼합 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 코어-쉘의 이중 구조에서, 각각의 코어(core)와 쉘(shell)을 이루는 물질은 상기 언급된 서로 다른 반도체 화합물로 이루어질 수 있다. 예컨대, 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, 역시 이에 한정되는 것은 아니다.
통상의 컬러필터 제조에 사용되는 감광성 수지 조성물이 색상 구현을 위해 적, 녹, 청의 착색제를 포함하듯이, 광루미네선스 양자점도 적 양자점, 녹 양자점 및 청 양자점으로 분류될 수 있다. 요컨대, 본 발명에 따른 상기 양자점은 적색 광을 방출하는 적 양자점, 녹색 광을 방출하는 녹 양자점 또는 청색 광을 방출하는 청 양자점일 수 있다.
상기 양자점은 습식 화학 공정(wet chemical process), 유기금속 화학증착 공정(MOCVD, metal organic chemical vapor deposition) 또는 분자선 에피텍시 공정(MBE, molecular beam epitaxy)에 의해 합성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 습식 화학 공정이란 유기용제에 전구체 물질을 넣어 입자를 성장시키는 방법이다. 결정이 성장될 때 유기 용제가 자연스럽게 양자점 결정의 표면에 배위되어 분산제 역할을 하여 결정의 성장을 조절하게 되므로, 유기금속 화학증착 공정이나 분자선 에피텍시와 같은 기상증착법보다 더 쉽고 저렴한 공정을 통하여 나노 입자의 성장을 제어할 수 있으므로, 상기 습식 화학 공정을 사용하여 본 발명에 따른 상기 양자점을 제조하는 것이 바람직하다.
상기 양자점의 함량은 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 아니나, 통상적으로 자발광 감광성 수지 조성물의 고형분 전체 중량에 대하여 3 내지 80 중량%, 바람직하게는 5 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 8 내지 65 중량%로 포함될 수 있다. 상기 양자점이 상기 범위 내로 포함되는 경우 감광특성이 우수한 자발광 감광성 수지 조성물의 제공이 가능한 이점이 있다. 상기 양자점이 상기 범위 미만으로 포함될 경우 감광특성이 다소 저하될 수 있으며, 상기 범위를 포함하는 경우 상기 양자점과 대비하여 후술할 다른 구성들, 예컨대 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물과 같은 구성들의 함량이 상대적으로 적어지므로 컬러필터의 제조가 다소 어려울 수 있는 문제가 있으므로, 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 양자점은 분산제와 용제를 혼합하여 양자점 분산체를 제조한 뒤, 자발광 감광성 수지 조성물에 포함되어도 무방하며, 이 때 분산제의 종류는 본 발명에서는 특별히 한정하지 않고, 당 업계에서 사용하는 분산제를 사용할 수 있다.
상기 양자점은 광추출 효과를 향상 시키기 위하여 산란 입자를 포함할 수 있으며 바람직하게는 평균입경 30 내지 300nm인 금속산화물을 포함하는 산란입자를 포함할 수 있고, 상기 금속산화물은 예를 들면, Al2O3, SiO2, ZnO, ZrO2, BaTiO3, TiO2, Ta2O5, Ti3O5, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb2O3, SnO, MgO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 이와 같이 상기 산란 입자를 더 포함하는 경우 정면 시야각 0° 기준, 시야각 -60° 내지 +60°의 범위에서 발광세기가 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.
상기 착색제는 전술한 양자점 이외의 착색제를 더 포함할 수 있으며, 이 때, 더 포함될 수 있는 착색제는 당 업계에서 사용되는 착색제(안료 또는 염료 등)를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
알칼리 가용성 수지
본 발명의 일 실시형태에 따른 색변환 화소(300)는 알칼리 가용성 수지를 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지에 대한 구체적인 내용은 전술한 격벽(200) 형성용 감광성 수지 조성물의 일 구성인 알칼리 가용성 수지의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
광중합성 화합물
본 발명의 일 실시형태에 따른 색변환 화소(300)는 광중합성 화합물을 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 광중합성 화합물에 대한 구체적인 내용은 전술한 격벽(200) 형성용 감광성 수지 조성물의 일 구성인 광중합성 화합물의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
광중합 개시제
본 발명의 일 실시형태에 따른 색변환 화소(300)는 광중합 개시제를 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 광중합 개시제에 대한 구체적인 내용은 전술한 격벽(200) 형성용 감광성 수지 조성물의 일 구성인 광중합 개시제의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
용제
본 발명의 일 실시형태에 따른 색변환 화소(300)는 용제를 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물의 경화물일 수 있다.
상기 용제에 대한 구체적인 내용은 전술한 격벽(200) 형성용 감광성 수지 조성물의 일 구성인 용제의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
첨가제
상기 자발광 감광성 수지 조성물은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
상기 첨가제에 대한 구체적인 내용은 전술한 격벽(200) 형성용 감광성 수지 조성물의 일 구성일 수 있는 첨가제의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 격벽(200) 및 색변환 화소(300)의 형성 방법은 당 업계에서 통상적으로 사용되는 방법을 특별한 제한 없이 적용할 수 있으며, 예를 들면 상기 격벽(200) 및 색변환 화소(300)은 전술한 각각의 조성물을 광원(100, 도 1 참조) 또는 기재(500, 도 2 참조)의 일 면 상에 도포하고, 광경화 및 현상과정을 통해 경화막을 형성함으로써 형성될 수 있다.
구체적으로, 격벽(200) 또는 색변환 화소(300)의 형성을 위해 각각의 감광성 수지 조성물을 광원(100, 도 1 참조) 또는 기재(500, 도 2 참조)의 일 면 상에 도포한 후, 가열 건조함으로써 용제 등의 휘발 성분들을 제거하여 평활한 경화막을 얻는다. 이 때, 조성물의 도포 방법은 특별히 한정하는 것은 아니나, 예를 들면 스핀 코트, 유연 도포법, 롤 도포법, 슬릿 앤드 스핀 코트 또는 슬릿 코트법 등을 들 수 있다. 상기 조성물을 도포한 후, 가열 건조(프리베이크라고도 함)를 진행하거나 또는 감압 건조 후 가열하여 용제 등의 휘발 성분을 휘발시킨다. 이 때, 가열 온도는 통상적으로 70 내지 150℃, 바람직하게는 80 내지 130℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 형성된 경화막에 목적으로 하는 패턴을 형성하기 위해 마스크를 통해 자외선을 조사하여, 자외선이 조사된 부분이 경화되도록 한다. 이 때, 노광부 전체에 균일하게 평행 광선이 조사되도록 하며, 마스크와 경화막 기판이 정확하게 그 위치가 맞춰지도록 조정하기 위해, 마스크 얼라이너나 스테퍼 등의 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 자외선으로는 g선(파장: 436nm), h선, i선(파장: 365nm) 등을 사용할 수 있다. 이 때, 자외선 조사량은 필요에 따라 적절히 선택될 수 있는 조건으로 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 이와 같이 경화가 완료된 경화막을 현상액에 접촉시켜 비노광부를 용해시켜 현상함으로써 목적으로 하는 패턴의 경화막을 형성할 수 있다.
이와 같이 형성된 상기 경화막을 추가 가열 경화 공정(포스트베이크 라고도 함)을 통하여 상기 경화물 보다 단단하게 경화시킬 수 있으며, 이 때 가열 온도는 통상 150 내지 250℃, 바람직하게는 180 내지 230℃일 수 있고, 가열 시간은 통상 5 내지 30분, 바람직하게는 15 내지 20분일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 색변환 소자의 제조방법은 당 업계에 알려진 통상의 방법을 적용하여 제조할 수 있는 것으로, 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 아니나, 일 예를 들면, 도 1과 같이 광원(100)의 일 면 상에 격벽(200) 및 색변환 화소(300)를 전술한 방법으로 제조할 수도 있고, 도 2와 같이 별도의 기재(500)의 일 면 상에 격벽 (200) 및 색변환 화소(300)를 전술한 방법으로 제조한 후, 상기 격벽(200) 및 색변환 화소(300) 면을 광원에 접합하는 방식으로 제조할 수도 있다.
본 발명의 한 양태에 따른 색변환 소자는 전술한 바와 같이 광원(100); 및 격벽(200)과 색변환 화소(300)를 포함하는 색변환 화소층;을 포함하고, 상기 광원(100)과 반대면(광원과 대치되는 방향, 시야방향, 400)에 위치한 격벽(200)의 상부면과 평행한 가상의 선(201);과 상기 상부면에서 광원(100) 방향으로 이어지는 격벽(200)의 측면(202);간의 각도(203)가 65 내지 90°로 조절됨으로써, 상기 색변환 화소(300) 내 포함될 수 있는 양자점 등의 색변환 물질들로부터 사방으로 방출되는 광의 경로를 시야방향(광원과 대치되는 방향에 위치, 400)으로 최대한 변환시키고, 개구율이 최적의 상태로 조절됨으로써, 광효율이 향상되어 휘도가 우수한 이점이 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 색변환 화소(300)의 개구율은 70 내지 79 %일 수 있고, 바람직하게는 72 내지 79%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 75 내지 79%일 수 있다. 일반적으로 컬러필터를 포함하는 통상의 화상표시장치에서는 개구율이 높아질수록 투과 면적이 증가하는 것을 의미하기 때문에 이를 통과하는 광량이 증가하여 휘도의 상승 효과를 야기한다. 특히, 본 발명과 같이 색변환 화소(300)를 포함하는 색변환 소자의 개구율은 색변환 화소(300)와 격벽(200)을 포함하는 색변환 화소층의 상/하부 표면 면적(이하, 시야방향 쪽 표면을 상부, 광원 쪽 표면을 하부라고 함)에 의해 결정되는 것으로, 색변환 화소(300)의 시야방향(400) 쪽 면적이 증가되는 것이 개구율이 증가된 것을 의미하며, 색변환 화소(300)와 격벽(200) 각각의 부피가 동일하게 유지된다는 전제 하에, 각각의 상/하부 표면 면적의 변화를 통해 개구율이 달라질 수 있다.
일 예를 들면, 색변환 화소(300)와 격벽(200) 각각의 부피가 동일하게 유지될 때, 시야방향(400)에서 바라본 가상의 선과(201)과 격벽의 측면(202) 간의 각도(203)가 작아질수록 개구율은 증가하는 것을 의미하는데, 이 경우 광원(100) 쪽 격벽(200)의 표면 면적이 증가되는 반면, 광원(100) 쪽 색변환 화소(300)의 표면 면적은 감소하게 되므로, 광원(100)으로부터 색변환 화소(300)에 입광되는 광이 감소하는 경향을 보인다.
그러나, 본 발명의 일 실시형태와 같이 색변환 화소(300)의 개구율이 전술한 범위 내로 조절되는 경우 광원(100) 쪽 색변환 화소(300)의 표면 면적이 적절하게 조절됨으로써 광원(100)으로부터 색변환 화소(300)로 입사되는 광량이 충분할 수 있는 이점이 있으며, 시야방향(400) 쪽 색변환 화소(300)의 표면 면적 또한 적절하게 조절됨으로써, 본 발명의 색변환 화소(300)내에 포함된 색변환 소자로부터 변환된 광을 시야방향(400)으로 보다 효과적으로 방출할 수 있는 이점이 있다.
< 색변환 필터>
본 발명의 다른 양태에 따른 색변환 필터는 전술한 색변환 소자를 포함함으로써, 광효율이 우수하고 고색재현이 가능한 이점이 있다.
또한, 상기 색변환 필터는 전술한 색변환 소자의 적어도 일 면, 구체적으로는 색변환 화소(300)와 격벽(200)을 포함하는 층을 기준으로 광원(100)과 대치되도록 시야방향(400)을 향하는 면 상에 컬러필터층을 더 포함할 수도 있다.
상기 컬러필터 층은 서로 다른 컬러 형성을 위한 제1화소 영역, 제2화소 영역 및 제3화소 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(100)으로부터 방출된 광이 색변환 소자를 거쳐 컬러필터층에 입사되면, 제1화소 영역, 제2화소 영역 및 제3화소 영역에서 각각 적색광, 녹색광 및 청색광이 출사될 수 있다.
상기 각각의 화소 영역은 각각의 감광성 수지 조성물의 경화물을 포함하는 것일 수 있으며, 이 때 상기 감광성 수지 조성물은 각 화소 영역(적색, 녹색, 청색)을 형성하기 위해 당 업계에서 사용되는 감광성 수지 조성물(예를 들어, 착색 또는 자발광 감광성 수지 조성물)을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
이 때, 상기 제3화소 영역은 청색 화소 영역으로 광원(100)이 청색 광원일 경우, 입사된 청색광을 색변환시키지 않고 출사시킬 수 있도록 입사광을 산란시키는 산란 물질층을 포함할 수 있으며, 이때 상기 산란 물질층은 TiO2를 포함할 수 있다.
또한, 상기 각각의 화소 영역 사이에는 각 화소 영역을 구획하기 위한 블랙 매트릭스가 더 형성될 수도 있다.
<화상표시장치>
본 발명의 다른 양태에 따른 화상표시장치는 전술한 색변환 필터를 포함함으로써, 휘도가 우수하여 고색재현이 가능한 이점이 있다.
구체적으로, 상기 화상표시장치는 본 발명의 색변환 소자를 포함하는 색변환 필터 이외에도 광학 필름 등과 같이 통상적으로 화상표시장치에 포함될 수 있는 그 밖의 구성들을 포함할 수 있으며, 본 발명에서 이를 한정하지는 않는다.
상기 화상 표시 장치는 구체적으로, 액정 디스플레이(액정표시장치; LCD), 유기 EL 디스플레이(유기 EL 표시장치, OLED 및 QLED 포함), 무기 발광다이오드 (LED) 디스플레이, 액정 프로젝터, 게임용 표시장치, 휴대전화 등의 휴대단말용 표시장치, 디지털 카메라용 표시장치, 카 네비게이션용 표시장치 등의 표시장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당 업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다. 이하의 실시예 및 비교예에서 함량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
제조예 1: 격벽(200) 형성용 감광성 수지 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 구성 및 함량으로 격벽(200) 형성용 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
(단위: 중량부) 제조예 1-1 제조예 1-2 제조예 1-3 제조예 1-4
착색제 A-1 6.0 - - -
A-2 - 8.0 5.0 5.0
A-3 - - 4.0 -
A-4 - - - 4.0
알칼리 가용성 수지 B 42 41 41 41
광중합성 화합물 C 43 42 41 41
광중합 개시제 D 8.5 8.5 8.5 8.5
용제 E 300 300 300 300
첨가제 F 0.5 0.5 0.5 0.5
A-1: Carbon Black(MA100, 미츠비시사 제)
A-2: TiO2(R-102, 듀퐁사 제)
A-3: C.I. 피그먼트 오렌지 64(PV Fast Orange H2GL, 클라리언트사 제)
A-4: C.I. 피그먼트 레드 177(Cromophtal, 바스프사 제)
B: 3,4-에폭시트리시클로[5.2.1.02,6]데칸-9-일아크릴레이트/메타아크릴산 공중합체(몰비 = 60/40, 중량평균분자량 = 7200g/mol)
C: 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(KAYARAD DPHA, 일본화학(주)사 제)
D: IRGACURE OXE-03(BASF사 제)
E: 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)
F: 실란커플링제(KBM-9007, 신에츠사 제)
제조예 2: 색변환 화소(300) 형성용 자발광 감광성 수지 조성물의 제조
하기 표 2에 기재된 구성 및 함량으로 색변환 화소(300) 형성용 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
(단위: 중량부) 제조예 2-1 제조예 2-2 제조예 2-3
양자점 A-5 - 20.0 -
A-6 - - 15.0
산란입자 G 5.0 5.0 5.0
알칼리 가용성 수지 B 42 35 38
광중합성 화합물 C 43 30 32
광중합 개시제 D 9.5 9.5 9.5
용제 E 300 300 300
첨가제 F 100 100 100
A-5: Green QD(λmax 530nm, 제우스사 제)
A-6: Red QD(λmax 640nm, 제우스사 제)
G: TiO2
B: 3,4-에폭시트리시클로[5.2.1.02,6]데칸-9-일아크릴레이트/메타아크릴산 공중합체(몰비 = 60/40, 중량평균분자량 = 7200g/mol)
C: 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(KAYARAD DPHA, 일본화학(주)사 제)
D: IRGACURE OXE-03(BASF사 제)
E: 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)
F: 실란커플링제(KBM-9007, 신에츠사 제)
실시예 및 비교예 : 색변환 소자의 제조
1단 구조 색변환 소자(도 1 참조)의 제조
가로, 세로 각각 30cm의 청색 광원(100)의 표면을 중성 세제, 물 및 알코올로 순차 세정한 후 건조하였다. 상기 광원(100) 상에 격벽(200)을 형성하기 위하여 제조예 1의 조성물 각각을 스핀 코팅한 다음 클린오븐에서 90℃로 3 분간 프리베이크 하였다. 상기 프리베이크한 기판을 상온으로 냉각 후 석영 유리제 포토마스크와의 간격을 200㎛로 하여 노광기(TME-150RSK; 톱콘 (주) 제조)를 사용하여 격벽(200)의 각도(203)를 다양하게 조절하기 위해 다양한 노광량(mJ/㎠, 365㎚ 기준)으로 광을 조사하였다. 이 때의 조사는, 초고압 수은등으로부터의 방사광을 사용하였다. 이때 포토마스크는 패턴이 동일 평면 상에 형성된 포토마스크를 사용하였다. 격벽(200)을 형성하기 위한 마스크는 내부에 직사각형의 형태로 차단부(미노광부)를 가지며 투광부(패턴)는 격벽 역할을 위한 직선의 형태가 서로 가로지르는 형태를 가진다. 광조사 후 비이온계 계면활성제 0.12 중량%와 수산화칼륨 0.04 중량%를 함유하는 수계 현상액에 상기 도막을 25℃에서 침지하여 현상(이 때, 현상시간은 격벽(200)의 각도(203)를 조절하기 위해 다양하게 적용함)하고, 수세 후 오븐 중에서, 100℃로 20분간 포스트베이크를 실시하함으로써, 격벽(200)을 형성하였다.
격벽(200)의 각도(203)는 노광량과 현상시간의 변경을 통해 조절하였다. 일 예를 들어, 제조예 1-1의 격벽 형성용 감광성 수지 조성물을 노광량 100 mJ/㎠의 광으로 조사하고 수산화칼륨 0.04 중량%를 함유하는 수계 현상액에 200초간 현상하여, 85°의 각도(203)를 가지는 격벽(200)을 형성하거나, 노광량을 85mJ/㎠ 로 감소시켜 두꺼운 도막의 하부 광경화도를 약화시키고 을 250초간 진행시킴으로써 115°의 각도(도 1 내지 3 참조, 203)를 가지는 격벽(200)을 제조하였다.
이렇게 격벽(200)이 형성된 기판에 상기 제조예 2에서 제조된 각각의 색변환 화소 형성용 자발광 감광성 수지 조성물을 사용하여 각각 스핀 코팅한 다음 클린오븐에서 90℃로 3 분간 프리베이크하여 용제를 제거하였다. 상기 프리베이크한 기판을 상온으로 냉각 후 노광공정을 진행하였다. 석영 유리제 포토마스크와의 간격을 200㎛로 하여 노광기(TME-150RSK; 톱콘 (주) 제조)를 사용하여 100 mJ/㎠ (34mW, 365㎚ 기준)으로 광을 조사하였다. 이때 포토마스크는 패턴이 색변환 화소만 통과하여 경화가 진행되도록 고안된 포토마스크를 사용하였다. 노광 공정이 진행된 기판을 비이온계 계면활성제 0.12 중량%와 수산화칼륨 0.04 중량%를 함유하는 수계 현상액에 25℃에서 침지하여 현상을 진행하여 색변환 화소(300)를 형성함으로써, 격벽(200) 및 색변환 화소(300)를 포함하는 색변환 화소층을 형성하였다. 이 때, 색변환 화소층의 두께는 측정장치(DEKTAK 6M; Veeco사 제조)를 사용하여 측정하였다.
2단 구조 색변환 소자(도 2 참조)의 제조
상기 1단 구조 색변환 소자의 제조방법에서 청색 광원 대신 가로, 세로 각각 30cm의 유리 기판(500, 이글 2000, 코닝사 제)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 구성 및 방법으로 색변환층을 제조한 후, 색변환층에서 격벽(200) 및 색변환 화소(300)가 노출된 면을 상기 유리기판(500)과 동일한 크기의 청색 광원(100) 상에 3M사의 CEF28제품을 사용하여 접합함으로써, 2단 구조의 색변환 소자를 제조하였다.
실험예 1: 격벽의 반사특성 평가
상기 제조예 1에서 제조된 각각의 격벽 형성용 감광성 수지 조성물로 제조된 격벽의 반사특성을 평가하기 위하여 시험편을 하기와 같이 준비하였다.
가로, 세로 각각 30cm의 유리 기판(500, 이글 2000, 코닝사 제) 표면을 중성 세제, 물 및 알코올로 순차 세정한 후 건조하였다. 상기 기판 상에 격벽을 형성하기 위하여 제조예 1의 조성물 각각을 스핀 코팅한 다음 클린오븐에서 90℃로 3분간 프리베이크 하였다. 상기 프리베이크한 기판을 상온으로 냉각 후 석영 유리제 포토마스크와의 간격을 200㎛로 하여 노광기(TME-150RSK; 톱톤(주) 제조)를 사용하여 노광량 100mJ/cm2의 광으로 광을 조사하여 시험편을 제조하였다.
상기 제조된 시험편 각각에 대하여 코니카미놀타사의 spectrophotometer CM-3700d 장비를 사용하여 반사율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 도 3에 기재하였다.
하기 도 3을 참고하면, 흑색 착색제를 포함하는 제조예 1-1의 조성물로 형성된 격벽 보다, 백색 착색제와 그 외의 다른 착색제를 함께 포함하는 제조예 1-3 또는 1-4의 조성물로 형성된 격벽이 반사율이 더 우수하고, 그보다도 백색 착색제를 단독으로 포함하는 제조예 1-2의 조성물로 형성된 격벽의 반사율이 보다 우수한 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 휘도 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 색변환 소자를 이용하여 휘도를 평가하였다. 이 때, 청색 광원은 30mW의 소비전력으로 발광하였으며, 각각의 색변환 화소의 휘도값은 각각의 파장에서, instrument system사의 CAS 140CT 장비를 이용하여 각각 측정하였으며, 그 결과를 각각 하기 표 3 내지 6에 기재하였다.
실험예 3: 개구율 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 색변환 소자에서 시야방향쪽 색변환 화소를 통해 광이 방출되는 면적 대비 색변환 화소의 전체 면적(가로, 세로 각 30cm)을 이용하여 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 3 내지 6에 기재하였다.
제조예 1-1 및 제조예 2의 조성물을 사용하여 제조된 색변환 소자의 실험 결과
(격벽 및 색변환 화소의 두께: 11㎛)

격벽 각도(°) 색변환 화소별 휘도(cd/mm2) 개구율
(%)
청색 적색 녹색
1단
구조		 실시예 1 65 2.15 0.81 0.72 79
실시예 2 75 2.28 0.93 0.91 76
실시예 3 85 2.35 1.13 1.02 73
실시예 4 90 2.60 1.32 1.18 70
비교예 1 45 1.78 0.49 0.42 85
비교예 2 55 2.01 0.69 0.46 82
비교예 3 95 2.31 1.01 0.88 67
비교예 4 105 2.12 0.88 0.65 64
비교예 5 115 2.00 0.71 0.62 61
비교예 6 125 1.85 0.61 0.37 58
비교예 7 135 1.62 0.43 0.31 55
비교예 8 145 1.38 0.31 0.26 52
제조예 1-2 및 제조예 2의 조성물을 사용하여 제조된 색변환 소자의 실험 결과
(격벽 및 색변환 화소의 두께: 11㎛)
격벽 각도(°) 색변환 화소별 휘도(cd/mm2) 개구율
(%)
청색 적색 녹색
1단
구조		 실시예 5 65 3.81 2.61 2.42 79
실시예 6 75 3.61 2.85 2.49 76
실시예 7 85 3.43 2.65 2.63 73
실시예 8 90 3.21 2.42 2.48 70
비교예 9 45 2.51 1.85 1.75 85
비교예 10 55 2.75 1.91 1.79 82
비교예 11 95 2.95 2.05 1.88 67
비교예 12 105 2.55 1.99 1.72 64
비교예 13 115 2.51 1.89 1.65 61
비교예 14 125 2.46 1.75 1.46 58
비교예 15 135 2.42 1.68 1.33 55
비교예 16 145 2.38 1.62 1.33 52
2단
구조		 실시예 9 65 3.49 2.27 2.07 79
실시예 10 75 3.36 2.63 2.27 76
실시예 11 85 3.27 2.38 2.41 73
실시예 12 90 3.1 2.2 2.33 70
비교예 17 45 2.0 1.3 1.22 85
비교예 18 55 2.31 1.43 1.38 82
비교예 19 95 2.88 1.92 1.77 67
비교예 20 105 2.49 1.88 1.59 64
비교예 21 115 2.43 1.78 1.53 61
비교예 22 125 2.39 1.63 1.35 58
비교예 23 135 2.36 1.55 1.24 55
비교예 24 145 2.34 1.48 1.22 52
제조예 1-3 및 제조예 2의 조성물을 사용하여 제조된 색변환 소자의 실험 결과
(격벽 및 색변환 화소의 두께: 11㎛)
격벽 각도(°) 색변환 화소별 휘도(cd/mm2) 개구율
(%)
청색 적색 녹색
2단
구조		 실시예 13 65 2.86 2.59 2.41 79
실시예 14 75 3.01 2.83 2.48 76
실시예 15 85 3.12 2.64 2.62 73
실시예 16 90 3.05 2.4 2.47 70
비교예 25 45 2.48 1.84 1.73 85
비교예 26 55 2.65 1.9 1.77 82
비교예 27 95 2.88 2.02 1.87 67
비교예 28 105 2.46 1.97 1.71 64
비교예 29 115 2.38 1.86 1.64 61
비교예 30 125 2.34 1.73 1.45 58
비교예 31 135 2.28 1.66 1.32 55
비교예 32 145 2.25 1.59 1.31 52
제조예 1-4 및 제조예 2의 조성물을 사용하여 제조된 색변환 소자의 실험 결과
(격벽 및 색변환 화소의 두께: 11㎛)
격벽 각도(°) 색변환 화소별 휘도(cd/mm2) 개구율
(%)
청색 적색 녹색
2단
구조		 실시예 17 65 2.87 2.58 1.91 79
실시예 18 75 3.02 2.81 1.97 96
실시예 19 85 3.04 2.63 2.06 73
실시예 20 90 3.03 2.38 2.02 70
비교예 33 45 2.47 1.84 1.77 85
비교예 34 55 2.67 1.86 1.80 82
비교예 35 95 2.94 2.01 1.97 67
비교예 36 105 2.49 1.96 1.77 64
비교예 37 115 2.41 1.85 1.72 61
비교예 38 125 2.37 1.72 1.52 58
비교예 39 135 2.30 1.65 1.35 55
비교예 40 145 2.27 1.58 1.33 52
상기 표 3 내지 표 6을 참고하면, 본 발명의 조건을 모두 만족하는 실시예 1 내지 20의 경우, 본 발명의 조건을 만족하지 못하는 비교예 1 내지 40의 경우보다 휘도가 우수한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 격벽의 각도(도 1 내지 3 참조, 203)가 동일할 때, 격벽 형성용 감광성 수지 조성물의 종류에 따른 실험 결과를 비교하기 위하여, 상기 표 3 내지 표 6에 기재된 실시예들 중 격벽의 각도(도 1 내지 3 참조, 203)가 75°인, 실시예 2, 6, 14 및 18의 실험결과를 하기 표 7에 별도로 기재하였다.
실시예 2 실시예6 실시예14 실시예18
격벽 각도(°) 75 75 75 75
청색광 휘도(cd/㎜2) 2.28 3.61 3.01 3.02
적색광 휘도(cd/㎜2) 0.93 2.85 2.83 2.81
녹색광 휘도(cd/㎜2) 0.91 2.49 2.48 1.97
개구율(%) 76 76 76 76
상기 표 7을 참고하면, 본 발명에서 일 실시형태로 제시한 바와 같이 동일한 격벽의 각도(도 1 내지 3 참조, 203)를 갖는 경우, 백색 안료를 포함하는 착색제를 이용하여 형성된 격벽(도 1 내지 3 참조, 100)을 갖는 색변환 소자(도 1 내지 3 참조)의 경우(실시예 6, 14 및 8), 백색 안료를 포함하지 않는 착색제를 이용하여 형성된 격벽(도 1 내지 3 참조, 100)을 갖는 색변환 소자(도 1 내지 3 참조)의 경우보다 휘도가 우수한 것을 확인할 수 있으며, 특히 백색 안료만을 포함하는 착색제를 이용하여 형성된 격벽(도 1 내지 3 참조, 100)을 갖는 색변환 소자(도 1 내지 3 참조)의 경우(실시예 6), 휘도가 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.
실험예 4: 격벽 및 색변환 소자의 두께별 휘도 차이 비교
상기 제조예 1-2 및 제조예 2의 조성물을 사용하여 상기 실시예 및 비교예와 동일한 방법으로 1단 구조의 색변환 소자(도 1 참조)를 제조하되, 조성물을 스핀 코팅할 때 그 회전수를 조절함으로써 격벽(200) 및 색변환 화소(300)를 포함하는 색변환층의 두께를 다양하게 조절하여 제조하였으며, 격벽(200)의 제조 시 노광량을 다양하에 하여 격벽(200)의 각도(203) 역시 다양하게 조절하여 제조하였다. 이때 제조된 색변환층의 두께 및 격벽(200)의 각도(230)는 하기 표 8에 기재하였다. 이 때, 색변환층의 두께는 막두께 측정장치(DEKTAK 6M; Veeco사 제조)를 이용하여 측정하였다.
이와 같이 제조된 각각의 색변환 소자의 휘도를 instrument system CAS 140CT 장비를 이용하여 측정하였으며, 이 때, 청색 광원은 30mW의 소비전력으로 발광하였다.
이와 같이 측정된 결과는 하기 표 8에 기재하였다.
격벽 각도(°)
45 55 65 75 85 90 95 105 115 125 135 145
색변환층 두께(㎛) 7 1.65 1.68 2.23 2.35 2.25 2.16 1.65 1.59 1.46 1.37 1.32 1.21
9 1.75 1.75 2.41 2.64 2.43 2.20 1.79 1.65 1.58 1.48 1.42 1.31
11 1.85 1.91 2.61 2.85 2.65 2.42 2.05 1.99 1.89 1.75 1.68 1.62
13 1.88 1.95 2.65 2.90 2.71 2.45 2.09 2.06 1.94 1.78 1.73 1.65
15 1.87 1.93 2.64 2.88 2.68 2.43 2.06 2.03 1.91 1.76 1.68 1.61
17 1.84 1.88 2.58 2.79 2.59 2.32 1.91 1.88 1.78 1.64 1.53 1.45
19 1.75 1.77 2.43 2.65 2.45 2.21 1.80 1.75 1.62 1.51 1.45 1.33
21 1.65 1.67 2.21 2.33 2.23 2.18 1.68 1.60 1.48 1.39 1.33 1.22
상기 표 8을 참고하면, 본 발명에서 제시하는 격벽(200)의 각도(203)를 만족하는 경우 그 휘도가 우수함은 물론이고, 이와 함께 격벽(200) 및 색변환 화소(300)를 포함하는 색변환층의 두께가 본 발명에서 제시하는 범위 내로 포함되는 경우 동일한 격벽(200)의 각도(203) 대비 그 휘도가 보다 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
100 광원 200 격벽
201 가상의 선 202 격벽의 측면
203 가상의 선과 격벽의 측면 사이의 각도
300 색변환 화소 400 시야방향
500 기재

Claims (9)

  1. 광원; 및 격벽과 색변환 화소를 포함하는 색변환층;을 포함하고,
    상기 광원과 반대면에 위치한 격벽의 상부면과 평행한 가상의 선;과 상기 상부면에서 광원 방향으로 이어지는 격벽의 측면;간의 각도가 65 내지 90°인 색변환 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가상의 선과 격벽의 측면간의 각도가 65 내지 85°인 것을 특징으로 하는 색변환 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 파장범위 380 내지 780nm 구간에서 흡수, 투과, 반사 특성을 갖는 착색제, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 감광성 수지 조성물의 경화물인 것을 특징으로 하는 색변환 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 착색제는 백색 안료 또는 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 색변환 화소는 양자점을 포함하는 착색제, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물의 경화물인 것을 특징으로 하는 색변환 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 색변환 화소의 개구율은 70 내지 79%인 것을 특징으로 하는 색변환 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 색변환 화소층의 두께는 9 내지 19㎛인 것을 특징으로 하는 색변환 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 색변환 소자를 포함하는 색변환 필터.
  9. 제8항의 색변환 필터를 포함하는 화상표시장치.
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