KR20210115600A - 광산란 감광성 수지 조성물, 컬러필터 및 화상표시장치 - Google Patents

광산란 감광성 수지 조성물, 컬러필터 및 화상표시장치 Download PDF

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KR20210115600A
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photosensitive resin
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acrylate
light
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안기훈
김훈식
박슬기
이재을
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 광산란 화소층을 형성하기 위한 감광성 수지 조성물로서, 상기 감광성 수지 조성물은 산란 입자, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용제를 포함하고, 상기 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층은 표면 조도가 50Å 이상인 감광성 수지 조성물, 이를 이용하여 형성되는 컬러필터 및 상기 컬러필터를 구비한 화상표시장치를 제공한다. 본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 광산란 화소층의 표면 조도를 50Å 이상으로 제어함으로써 백라이트 유닛으로부터 유입되는 빛의 전반사를 개선하여 휘도를 상승시킬 수 있다.

Description

광산란 감광성 수지 조성물, 컬러필터 및 화상표시장치 {Light Scattering Photosensitive Resin Composition, Color Filter and Display Device}
본 발명은 광산란 감광성 수지 조성물, 컬러필터 및 화상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백라이트 유닛 또는 양자점 화소층으로부터 유입되는 빛의 휘도를 상승시킬 수 있는 광산란 감광성 수지 조성물, 컬러필터 및 화상표시장치에 관한 것이다.
컬러필터는 촬상(撮像)소자, 액정표시장치(LCD) 등에 널리 이용되는 것으로, 그 응용 범위가 확대되고 있다.
근래 컬러필터를 구현하는 방법 중의 하나로서, 안료 분산형의 감광성 수지를 이용한 안료 분산법이 적용되고 있으나, 광원에서 조사된 광이 컬러필터를 투과하는 과정에서 광의 일부가 컬러필터에 흡수되어 광 효율이 저하되고, 또한 컬러필터에 포함되어 있는 안료의 특성으로 인하여 색재현성이 저하되는 문제점이 발생하고 있다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 방안으로, 양자점을 이용한 컬러필터가 제시되었다. 예를 들어, 대한민국 특허공개 제10-2009-0036373호는 기존의 컬러필터를 양자점 형광체로 이루어진 발광층으로 대체함으로써 발광 효율을 향상시켜 표시장치의 표시품질을 개선할 수 있다고 개시하고 있다.
그러나, 양자점을 포함하는 컬러필터의 경우 양자점의 효율, 특히 청색 양자점의 효율이 떨어짐에 따라 컬러필터의 성능이 다소 저하될 수 있으며, 청색 양자점의 경우 고가이기 때문에 전체적인 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.
이에 따라, 청색광을 방출하는 광원을 사용하고, 적 양자점 입자를 함유한 적색 패턴층 및 녹 양자점 입자를 함유한 녹색 패턴층을 구비하되, 청색 패턴층에 대응하는 위치에는 양자점 입자를 함유하지 않는 청색 화소층을 구비하여 적 양자점 입자는 적색광을, 녹 양자점 입자는 녹색광을 방출하고, 청색 화소층은 청색광이 그대로 투과하여 청색을 나타내는 컬러필터가 제시되었다.
그런데 청색의 경우 직광이 발생하여 색혼합시 선명한 혼합이 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 청색 화소층에 산란 목적의 산란층을 도입하는 기술이 개발되고 있다. 그러나, 산란층 도입 시 휘도 저하 문제가 생기고, 이에 따라 청색 화소의 효율을 개선시키기 위한 감광성 수지 조성물의 개발이 요구된다.
대한민국 특허공개 제10-2009-0036373호
본 발명의 한 목적은 산란층의 도입으로 인한 휘도 저하 문제를 개선할 수 있는 광산란 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 광산란 화소층을 포함하는 컬러필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 컬러필터를 구비한 화상표시장치를 제공하는 것이다.
한편으로, 본 발명은
광산란 화소층을 형성하기 위한 감광성 수지 조성물로서,
상기 감광성 수지 조성물은 산란 입자, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용제를 포함하고,
상기 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층은 표면 조도가 50Å 이상인 감광성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층은 10㎛ 두께 기준으로 광원 대비 휘도가 60% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 광원은 청색 광원일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 청색 광원의 파장은 380nm 내지 530nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 산란 입자는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
(입경이 100nm 이상인 산란 입자의 함량/입경이 100nm 미만인 산란 입자의 함량)≥1
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 알칼리 가용성 수지는 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지고, 상기 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지는 반복단위가 상기 알칼리 가용성 수지를 구성하는 반복단위 전체 100 몰%에 대하여 10 내지 50 몰%의 양으로 포함된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지는 반복단위는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 식에서,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 광중합 개시제는 360nm 이하의 파장에서 최대흡수파장(λmax)을 가질 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 상기 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층을 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명은 상기 광산란 화소층을 포함하는 컬러필터를 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명은 상기 컬러필터가 구비된 것을 특징으로 하는 화상표시장치를 제공한다.
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 광산란 화소층의 표면 조도를 50Å 이상으로 제어함으로써 광산란 화소층의 휘도를 상승시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 휘도를 상승시킬 수 있으므로 산란 입자의 함량 조절이 용이하다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태는 산란 입자(A), 알칼리 가용성 수지(B), 광중합성 화합물(C), 광중합 개시제(D) 및 용제(E)를 포함하는 광산란 화소층을 형성하기 위한 감광성 수지 조성물로서,
상기 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층은 표면 조도가 50Å 이상인 감광성 수지 조성물에 관한 것이다.
상기 표면 조도는 산술 평균 조도인 Ra를 의미한다. 본 발명에서, 상기 광산란 화소층의 표면 조도를 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 후술하는 실험예에 제시된 방법으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 광산란 화소층의 표면 조도를 50Å 이상, 예를 들어 50Å 내지 300Å으로 조절함으로써, 백라이트 유닛으로부터 유입되는 빛의 전반사를 개선하여 휘도를 상승시킬 수 있다. 상기 광산란 화소층의 표면 조도가 50Å 미만인 경우에는 광산란 화소층의 휘도가 저하될 수 있다.
상기 광산란 화소층의 표면 조도는 후술하는 감광성 수지 조성물에 포함되는 성분의 종류나 조성 등을 적절히 변경함으로써 조절할 수 있다.
상기 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층은 10㎛ 두께 기준으로 광원 대비 휘도가 60% 이상 확보되는 것을 특징으로 한다.
상기 광원은 청색 광원일 수 있으며, 상기 청색 광원의 파장은 380nm 내지 530nm일 수 있다.
상기 휘도가 60% 이상임으로써 광산란 화소층과 적색 화소층 및/또는 녹색 화소층의 색혼합 밸런스 조절이 유리하다.
산란 입자(A)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 산란 입자는 광원으로부터 방출된 광의 경로를 증가시켜 전체적인 광효율을 높이는 역할을 한다.
상기 산란 입자를 포함하는 본 발명의 감광성 수지 조성물은 청색 광원에 의하여 청색 화소의 역할을 하는데 적합하게 이용될 수 있는 것으로, 상기 산란입자 이외의 착색제를 포함할 경우 광원에서 발생하는 청색광의 투과 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 이에, 본 발명의 감광성 수지 조성물은 산란입자 이외의 착색제는 포함하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 산란 입자는 금속산화물을 포함한다.
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 선택되는 1 이상의 금속의 산화물을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 금속산화물은 Al2O3, SiO2, ZnO, ZrO2, BaTiO3, TiO2, Ta2O5, Ti3O5, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb2O3, SnO, MgO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있으며, 필요에 따라서 아크릴레이트와 같은 불포화 결합을 갖는 화합물로 표면 처리된 재질도 사용 가능하다.
상기 산란 입자는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
(입경이 100nm 이상인 산란 입자의 함량/입경이 100nm 미만인 산란 입자의 함량)≥1
즉, 입경이 100nm 이상인 산란 입자의 함량이 입경이 100nm 미만인 산란 입자의 함량과 동일하거나 더 많을 수 있다. 상기 산란 입자를 구성하는 입경이 100nm 이상인 산란 입자의 함량과 입경이 100nm 미만인 산란 입자의 함량이 상기 수학식 1을 만족함에 따라 산란 효과가 증대되어 청색 화소층의 역할을 수행하는데 있어 유리하다.
상기 산란입자는 컬러필터의 발광 세기를 극대화할 수 있도록 평균입경 및 전체 조성물 내에서의 함량이 한정된 것이 사용될 수 있다.
본 발명에서, “평균입경”이란, 수평균 입경일 수 있으며, 예컨대 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM) 또는 투과 전자 현미경(TEM)에 의해 관찰한 상으로부터 구할 수 있다. 구체적으로, FE-SEM 또는 TEM의 관찰 화상으로부터 몇 개의 샘플을 추출하고 이들 샘플의 직경을 측정하여 산술 평균한 값으로 얻을 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 산란입자에 포함된 상기 금속산화물은 평균입경이 30 내지 500nm이고, 바람직하게는 30 내지 300nm일 수 있다. 상기 금속산화물의 평균입경이 상기 범위를 만족하는 경우, 산란 효과가 증대되어 상기 산란 입자를 포함하는 감광성 수지 조성물이 청색 광원에 의하여 청색 화소의 역할을 수행할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 조성물 내에 가라앉는 현상을 방지하여 균일한 품질의 표면을 얻을 수 있으므로, 상기 범위 내에서 평균입경을 적절히 조절하여 사용할 수 있다.
상기 산란입자는 상기 감광성 수지 조성물 중의 고형분 전체 100 중량%에 대하여 0.1 내지 50 중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 30 중량%로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 산란입자가 상기 범위 내로 포함될 경우 우수한 발광 세기를 가지는 산란 픽셀의 제조가 가능한 이점이 있다. 구체적으로, 상기 산란입자가 상기 범위 내로 포함되는 경우 얻고자 하는 발광 세기의 확보가 용이할 수 있고, 조성물의 안정성 저하를 억제할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 감광성 수지 조성물은 경화시에 청색 광원에 의하여 청색 화소의 역할을 수행하는데 이용될 수 있는 것으로, 상기 산란입자 이외의 착색제를 포함할 경우 광원에서 발생하는 청색광의 투과 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
이에 본 발명에서는 산란 입자 이외의 착색제는 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
알칼리 가용성 수지(B)
상기 알칼리 가용성 수지는 광이나 열의 작용에 의한 반응성 및 알칼리 용해성을 가지며, 산란 입자를 비롯한 고형분의 분산매로서 작용하며, 결착 수지의 기능을 수행한다.
구체적으로, 상기 알칼리 가용성 수지는 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지고, 상기 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지는 반복단위가 상기 알칼리 가용성 수지를 구성하는 반복단위 전체 100 몰%에 대하여 10 내지 50 몰%의 양으로 포함된 것이 광산란 화소층의 표면 조도 제어 측면에서 바람직하다.
상기 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지는 반복단위가 상기 알칼리 가용성 수지를 구성하는 반복단위 전체 100 몰%에 대하여 10 몰% 미만의 양으로 포함되면 패턴 단면의 테이퍼 각도(taper angle)가 불량해질 수 있고, 50 몰% 초과의 양으로 포함되면 리플로우(reflow) 특성이 올라가 잔사 및 테이퍼 끌림이 발생할 수 있으며, 광산란 화소층의 휘도가 저하될 수 있다.
상기 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지는 반복단위는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 식에서,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸이다.
상기 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지는 알칼리 가용성 수지는 불포화 카르복실기 함유 단량체 및 이와 공중합 가능한 다른 단량체의 공중합체에 글리시딜 (메트)아크릴레이트를 반응시켜 얻어질 수 있다.
상기 불포화 카르복실기 함유 단량체로는, 예를 들어, 불포화 모노카르복실산이나, 불포화 디카르복실산, 불포화 트리카르복실산 등의 분자 중에 2개 이상의 카르복실기를 갖는 불포화 다가 카르복실산 등을 들 수 있다.
상기 불포화 모노카르복실산으로는, 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, α-클로로아크릴산, 신남산 등을 들 수 있다
상기 불포화 디카르복실산으로서는, 예를 들어, 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산, 메사콘산 등을 들 수 있다.
상기 불포화 다가 카르복실산은 산무수물일 수도 있으며, 구체적으로는 말레산 무수물, 이타콘산 무수물, 시트라콘산 무수물 등을 들 수 있다. 또한, 상기 불포화 다가 카르복실산은 그의 모노(2-메타크릴로일옥시알킬)에스테르일 수도 있으며, 예컨대, 숙신산모노(2-아크릴로일옥시에틸), 숙신산모노(2-메타크릴로일옥시에틸), 프탈산모노(2-아크릴로일옥시에틸), 프탈산모노(2-메타크릴로일옥시에틸) 등 일 수 있다. 상기 불포화 다가 카르복실산은 그 양말단 디카르복시중합체의 모노(메타)아크릴레이트일 수도 있으며, 예컨대, ω-카르복시폴리카프로락톤모노아크릴레이트, ω-카르복시폴리카프로락톤모노메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 카르복실기 함유 단량체는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 카르복실기 함유 단량체와 공중합 가능한 다른 단량체로서는, 예를 들면 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, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필메타크릴레이트, 글리세롤모노아크릴레이트, 글리세롤모노메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 에스테르류; 2-아미노에틸아크릴레이트, 2-아미노에틸메타크릴레이트, 2-디메틸아미노에틸아크릴레이트, 2-디메틸아미노에틸메타크릴레이트, 2-아미노프로필아크릴레이트, 2-아미노프로필메타크릴레이트, 2-디메틸아미노프로필아크릴레이트, 2-디메틸아미노프로필메타크릴레이트, 3-아미노프로필아크릴레이트, 3-아미노프로필메타크릴레이트, 3-디메틸아미노프로필아크릴레이트, 3-디메틸아미노프로필메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 아미노알킬에스테르류; 글리시딜아크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 글리시딜에스테르류; 아세트산비닐, 프로피온산비닐, 부티르산비닐, 벤조산비닐 등의 카르복실산 비닐에스테르류; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르, 알릴글리시딜에테르 등의 불포화에테르류; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴, 시안화비닐리덴 등의 시안화 비닐 화합물; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, α-클로로아크릴아미드, N-2-히드록시에틸아크릴아미드, N-2-히드록시에틸메타크릴아미드 등의 불포화 아미드류; 말레이미드, N-페닐말레이미드. N-시클로헥실말레이미드 등의 불포화 이미드류; 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 등을 들 수 있다. 이들 단량체는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 알칼리 가용성 수지의 산가는 20 내지 200(KOH ㎎/g)의 범위가 바람직하다. 산가가 상기 범위에 있으면, 현상액 중의 용해성이 향상되어, 비-노출부가 쉽게 용해되고 감도가 증가하여, 결과적으로 노출부의 패턴이 현상시에 남아서 잔막율(film remaining ratio)을 개선하게 되어 바람직하다. 여기서 산가란, 중합체 1g을 중화하는 데 필요한 수산화칼륨의 양(mg)으로서 측정되는 값이며, 통상적으로 수산화칼륨 수용액을 사용하여 적정함으로써 구할 수 있다.
또한, 겔 투과 크로마토그래피(GPC; 테트라히드로퓨란을 용출용제로 함)로 측정한 폴리스티렌 환산 중량평균분자량(이하, 간단히 '중량평균분자량'이라고 한다)이 3,000 내지 200,000, 바람직하게는 5,000 내지 100,000인 알칼리 가용성 수지가 바람직하다. 분자량이 상기 범위에 있으면, 코팅 필름의 경도가 향상되어, 잔막율이 높고, 현상액 중의 비-노출부의 용해성이 탁월하고 해상도가 향상되는 경향이 있어 바람직하다.
상기 알칼리 가용성 수지(B)의 분자량 분포[중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)]는 1.5 내지 6.0인 것이 바람직하고, 1.8 내지 4.0인 것이 보다 바람직하다. 분자량분포[중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)]가 1.5 내지 6.0이면 현상성이 우수하기 때문에 바람직하다.
상기 알칼리 가용성 수지(B)는 감광성 수지 조성물 중의 고형분 전체 100 중량%에 대하여 통상 5 내지 85 중량%, 바람직하게는 10 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 75 중량%로 포함될 수 있다. 알칼리 가용성 수지(B)가 상기 범위로 포함되는 경우, 현상액에 대한 용해성이 충분하여 비화소 부분의 기판상에 현상 잔사가 발생하기 어렵고, 현상시에 노광부의 화소 부분의 막 감소가 생기기 어려워 비화소 부분의 누락성이 양호한 경향이 있으므로 바람직하다.
광중합성 화합물(C)
본 발명의 감광성 수지 조성물에 함유되는 광중합성 화합물은 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 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.
상기 광중합성 화합물의 시판되는 예로는 미원상사의 Miramer M600 등이 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 광중합성 화합물은 감광성 수지 조성물 중의 고형분 총 100 중량%에 대하여 5 내지 60 중량%, 바람직하게는 10 내지 50 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내로 포함될 경우 화소부의 강도나 평활성 측면에서 바람직한 이점이 있다.
상기 광중합성 화합물이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 도막의 강도가 다소 저하될 수 있으며, 상기 광중합성 화합물이 상기 범위를 초과하여 포함되는 경우 평활성이 다소 저하될 수 있으므로 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
광중합 개시제(D)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 광중합 개시제로는 감광성 수지 조성물에 일반적으로 사용되는 광중합 개시제를 사용할 수 있다.
예컨대, 상기 광중합 개시제로는 아세토페논계, 벤조페논계, 트리아진계, 티오크산톤계, 옥심계, 벤조인계, 비이미다졸계 화합물 등을 사용할 수 있다.
아세토페논계 화합물은 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[4-(1-메틸비닐)페닐]프로판-1-온의 올리고머 등이 가능하고, 이들 중 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온이 바람직하게 사용 가능하다.
벤조페논계 화합물로는 벤조페논, 벤조일 안식향산, 벤조일 안식향산 메틸, 4-페닐 벤조페논, 히드록시 벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4,4′-비스(디메틸 아미노)벤조페논, 4,4′-비스(디에틸 아미노) 벤조페논 등이 가능하다.
트리아진계 화합물로는 2,4,6-트리클로로-s-트리아진, 2-페닐-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(3′,4′-디메톡시 스티릴)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(4′-메톡시 나프틸)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(p-메톡시 페닐)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(p-트릴)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-비페닐-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 비스(트리클로로 메틸)-6-스티릴-s-트리아진, 2-(나프토 1-일)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(4-메톡시 나프토 1-일)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2,4-트리클로로 메틸(피페로닐)-6-트리아진, 2,4-트리클로로 메틸(4′-메톡시 스티릴)-6-트리아진 등이 가능하다.
티오크산톤계 화합물로는 2-이소프로필티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디클로로티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등이 가능하다.
옥심계 화합물로는 o-에톡시카르보닐-α-옥시이미노-1-페닐프로판-1-온 등을 들 수 있으며, 시판품으로 BASF사의 Irgacure OXE-01, OXE-02가 대표적이다.
벤조인계 화합물로는 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 벤조인 이소부틸 에테르, 벤질디메틸케탈 등이 사용 가능하다.
비이미다졸계 화합물로는 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, 4,4′,5,5′ 위치의 페닐기가 카르보알콕시기에 의해 치환되어 있는 비이미다졸 화합물 등이 가능하다.
특히, 광산란 화소층의 표면 조도 제어 측면에서 360nm 이하의 파장에서 최대흡수파장(λmax)을 가지는 것이 바람직하다.
구체적으로, 최대흡수파장(λmax) 값이 360 nm 이하인 광중합 개시제의 예로는 1,2-옥탄디온, 1-[4-(페닐티오)페닐]-, 2-(o-벤조일옥심)(시판명: Irgacure OXE-01), 2-벤질―2-다이메틸아미노-1-(4-몰포리노페닐)-부타논-1(시판명: Irgacure 369) 등을 예로 들 수 있다.
상기 광중합 개시제는 감광성 수지 조성물 중의 고형분 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량%, 바람직하기로 0.01 내지 5 중량%로 사용할 수 있다. 이러한 함량 범위는 광중합성 화합물의 광중합 속도 및 최종 얻어지는 도막의 물성을 고려한 것으로, 상기 범위 미만이면 중합 속도가 낮아 전체적인 공정 시간이 길어질 수 있으며, 반대로 상기 범위를 초과할 경우 과도한 반응에 의해 가교 반응이 지나쳐 도막의 물성이 오히려 저하될 수 있기 때문에, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
또한 광중합 개시제와 함께 광중합 개시 보조제를 사용할 수 있는데, 상기 광중합 개시제와 함께 광중합 개시 보조제를 사용하는 경우 감광성 수지 조성물이 더욱 고감도가 되어 생산성이 향상되므로 바람직하다. 상기 광중합 개시 보조제로는 아민 및 카르복실산 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
이러한 광중합 개시 보조제는 광중합 개시제 1 몰당 통상적으로 10 몰 이하, 바람직하게는 0.01 내지 5 몰의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위 내에서 광중합 개시 보조제를 사용할 경우 중합 효율을 높여 생산성 향상 효과를 기대할 수 있다.
용제(E)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 용제(E)는 감광성 수지 조성물이 적당한 점성을 갖고, 나머지 성분들을 용이하게 용해시킬 수 있으면 특별히 제한되지 않으며, 감광성 수지 조성물의 분야에서 사용되고 있는 각종 유기 용제를 사용할 수 있다.
그의 구체예로서는 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르류, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 디에틸렌글리콜디알킬에테르류, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에틸렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 메톡시부틸아세테이트 및 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-에톡시프로피온산 에틸, 3-메톡시프로피온산 메틸 등의 에스테르류, γ-부티로락톤 등의 환상 에스테르류 등을 들수 있다.
상기의 용제 중, 도포성, 건조성면에서 바람직하게는 상기 용제 중에서 비점이 100℃ 내지 200℃인 유기 용제를 들 수 있고, 보다 바람직하게는 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 케톤류, 3-에톡시프로피온산 에틸이나, 3-메톡시프로피온산 메틸 등의 에스테르류를 들 수 있으며, 더욱 바람직하게는 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 시클로헥사논, 3-에톡시프로피온산 에틸, 3-메톡시프로피온산 메틸 등을 들 수 있다. 이들 용제는 각각 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용제는 감광성 수지 조성물 전체 100 중량%에 대하여 통상 50 내지 90 중량%, 바람직하게는 50 내지 85 중량%로 포함될 수 있다. 상기 용제의 함유량이 상기 범위를 만족하는 경우, 롤 코터, 스핀 코터, 슬릿 앤드 스핀 코터, 슬릿 코터(다이 코터라고도 하는 경우가 있음), 잉크젯 등의 도포 장치로 도포했을 때 도포성이 양호해지는 경향이 있기 때문에 바람직하다.
첨가제(F)
본 발명의 일 실시형태에 따른 감광성 수지 조성물은 상기한 성분들 이외에, 필요에 따라 첨가제(F)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 첨가제(F)의 종류는 사용자의 필요에 따라 정해질 수 있는 것으로 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 아니나, 예를 들면, 충진제, 다른 고분자 화합물, 열경화제, 계면활성제, 밀착 촉진제, 산화 방지제, 응집 방지제 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 예를 들면, 유리, 실리카, 알루미나 등을 들 수 있다.
상기 다른 고분자 화합물로서는 구체적으로 에폭시 수지, 말레이미드 수지 등의 열경화성 수지, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌글리콜모노알킬에테르, 폴리플루오로알킬아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등의 열가소성 수지 등을 들 수 있다.
상기의 계면 활성제로서, 예를 들면 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌알킬페에테르류, 폴리에틸렌글리콜 디에스테르류, 소르비탄 지방산 에스테르류, 지방산 변성 폴리에스테르류, 3급아민 변성 폴리우레탄류, 폴리에틸렌이민류 등이 있으며 이외에, 상품명으로 KP(신에쯔 가가꾸 고교㈜ 제조), 폴리플로우(POLYFLOW)(교에이샤 가가꾸㈜ 제조), 에프톱(EFTOP)(토켐 프로덕츠사 제조), 메가팩(MEGAFAC)(다이닛본 잉크 가가꾸 고교㈜ 제조), 플로라드(Flourad)(스미또모 쓰리엠㈜ 제조), 아사히가드(Asahi guard), 서플론(Surflon)(이상, 아사히글라스㈜ 제조), 솔스퍼스(SOLSPERSE)(제네까㈜ 제조), EFKA(EFKA 케미칼스사 제조), PB 821(아지노모또㈜ 제조) 등을 들 수 있다.
상기 밀착 촉진제로서, 예를 들면 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
산화 방지제로서는 구체적으로 2,2'-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀 등을 들 수 있다.
상기 응집 방지제로서는 구체적으로 폴리아크릴산 나트륨 등을 들 수 있다.
상기 첨가제 중에서 함량이 예시되지 않은 첨가제들의 경우 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 당업자가 적절히 추가하여 사용이 가능하다. 예컨대 상기 첨가제는 감광성 수지 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.05 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%로 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 첨가제는 산화방지제를 포함할 수 있고, 이와 같이 산화방지제를 더 포함하는 경우 경화물을 형성하기 위한 공정 중 포스트 베이크 시 열로 인한 노화를 방지하는 효과를 기대할 수 있는 이점이 있다.
상기 산화방지제는 예를 들면, 인계 산화방지제, 황계 산화방지제 및 페놀계 산화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이 경우 디스플레이 제작 후 광원에 의해 야기될 수 있는 황변 발생을 억제시킬 수 있다. 상기 산화방지제는 페놀계-인계 화합물, 페놀계-황계 화합물, 인계-황계 화합물, 또는 페놀계-인계-황계 화합물의 조합으로 사용될 수도 있다.
상기 페놀계 산화방지제의 종류는 특별히 제한되지는 않지만, 구체적인 예로는, 3,9-비스[2-〔3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시〕-1,1-디메틸에톡시]-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸, 펜타에리트리틸·테트라키스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 1,3,5,-트리메틸-2,4,6,-트리스(3'5'-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 트리에틸렌글리콜-비스[3-(3-t-부틸-5-메틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 4,4'-티오비스(6-t-부틸-3-메틸페놀), 트리스-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)-이소시아누레이트, 1,3,5-트리스(4-t-부틸-3-히드록시-2,6-디메틸벤질)-이소시아누레이트, 1,6-헥산디올-비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,2-티오-디에틸렌비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시-히드로신남아미드), 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 2,4-비스[(옥틸티오)메틸]-O-크레졸, 1,6-헥산디올-비스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 옥타데실 3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페놀)프로피오네이트, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 4,4'-부틸리덴-비스(3-메틸-6-t-부틸페놀), 1,1,3-트리스(2-메틸-4-히드록시-5-t-부틸페닐)부탄, 1,3,5-트리스(4-히드록시벤질)벤젠 및 테트라키스[메틸렌-3-(3,5'-디-t-부틸-4'-히드록시페닐프로피오네이트)]메탄 등을 들 수 있다.
상기 페놀계 산화방지제 중, 내열성 및 내열 변색 방지 측면에서 3,9-비스[2-〔3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시〕-1,1-디메틸에톡시]-2,4,8,10-테트라옥사사스피로[5.5]운데칸, 1,3,5,-트리메틸-2,4,6,-트리스(3'5'-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 펜타에리트리틸·테트라키스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 트리에틸렌글리콜-비스[3-(3-t-부틸-5-메틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 4,4'-티오비스(6-t-부틸-3-메틸페놀), 트리스-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)-이소시아누레이트, 1,3,5-트리스(4-t-부틸-3-히드록시-2,6-디메틸벤질)-이소시아누레이트, 1,6-헥산디올-비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,2-티오-디에틸렌비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시-히드로신남아미드), 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠 및 2,4-비스[(옥틸티오)메틸]-O-크레졸이 바람직하다.
시판품으로는 Irganox 1010 (BASF 제조), Sumilizer BBM-S (스미토모 화학 제조), ADK STAB AO-80 (ADEKA 제조), Sumilizer GP (스미토모 화학 제조), Irganox 1035 (BASF 제조) 등을 들 수 있다.
상기 인계 산화방지제의 종류는 특별히 제한되지는 않지만, 구체적인 예로는, 3,9-비스(2,6-디-tert-부틸-4-메틸페녹시)-2,4,8,10-테트라옥사-3,9-디포스파스피로[5.5]운데칸, 디이소데실펜타에리트리톨디포스파이트, 비스(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨디포스파이트, 2,2'-메틸렌비스(4,6-디-t-부틸-1-페닐옥시)(2-에틸헥실옥시)포스포러스, 6-[3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로폭시]-2,4,8,10-테트라-t-부틸디벤즈[d,f][1,3,2]디옥사포스페핀, 트리페닐포스파이트, 디페닐이소데실포스파이트, 페닐디이소데실포스파이트, 4,4'-부틸리덴-비스(3-메틸-6-t-부틸페닐디트리데실)포스파이트, 옥타데실포스파이트, 트리스(노닐페닐)포스파이트, 9,10-디히드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드, 10-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)-9,10-디히드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드, 10-데실옥시-9,10-디히드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 시클릭네오펜탄테트라일비스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 시클릭네오펜탄테트라일비스(2,6-디-t-부틸페닐)포스파이트, 2,2-메틸렌비스(4,6-디-t-부틸페닐)옥틸포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 테트라키스(2,4-디-t-부틸페닐)[1,1-비페닐]-4,4'디일비스포스포나이트, 비스[2,4-비스(1,1-디메틸에틸)-6-메틸페닐]에틸에스테르, 포스폰산 등을 들 수 있다.
상기 인계 산화방지제 중 내열성 및 내열 변색 방지 측면에서, 2,2'-메틸렌비스(4,6-디-t-부틸-1-페닐옥시)(2-에틸헥실옥시)포스포러스, 3,9-비스(2,6-디-tert-부틸-4-메틸페녹시)-2,4,8,10-테트라옥사-3,9-디포스파스피로[5.5]운데칸 및 6-[3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로폭시]-2,4,8,10-테트라-t-부틸디벤즈[d,f][1,3,2]디옥사포스페핀 등이 바람직하다.
상기 황계 산화방지제의 종류는 특별히 제한되지는 않지만, 구체적인 예로는, 2,2-비스({[3-(도데실티오)프로피오닐]옥시}메틸)-1,3-프로판디일-비스[3-(도데실티오)프로피오네이트], 2-메르캅토벤즈이미다졸, 디라우릴-3,3'-티오디프로피오네이트, 디미리스틸-3,3'-티오디프로피오네이트, 디스테아릴-3,3'-티오디프로피오네이트, 펜타에리트리틸-테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트), 2-메르캅토벤즈이미다졸 등을 들 수 있다.
상기 황계 산화 방지제 중 내열성 및 내열 변색 방지 측면에서, 2,2-비스({[3(도데실티오)프로피오닐]옥시}메틸)-1,3-프로판디일-비스[3-(도데실티오)프로피오네이트], 2-메르캅토벤즈이미다졸 등이 바람직하다.
상기 산화방지제는 본 발명의 감광성 수지 조성물 중 고형분 전체 100 중량%를 기준으로 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 산화방지제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 휘도 저하 문제 해결 측면에서 유리하다.
본 발명의 일 실시형태는 상술한 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는 상술한 광산란 화소층을 포함하는 컬러필터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 컬러필터는 기판 상에 상술한 감광성 수지 조성물을 도포하고 소정의 패턴으로 노광 및 현상하여 형성되는 광산란 화소층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 감광성 수지 조성물을 이용한 패턴 형성 방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 감광성 수지 조성물을 이용하여 패턴을 형성하는 방법은 당해 기술분야에 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 통상적으로는 도포 단계; 노광 단계; 및 제거 단계를 포함한다. 본 발명의 감광성 수지 조성물을 기재 상에 도포하고, 광 경화 및 현상을 하여 패턴을 형성함으로써, 광산란 화소층(청색 픽셀용 화소층)으로 사용할 수 있게 된다. 상기 광산란 화소층은 광원으로부터 광이 도입되지 않을 때에는 산란으로 인해 백색으로 보여질 수 있다.
구체적으로, 상기 감광성 수지 조성물을 아무 것도 도포되지 않은 유리기판 또는 SiNx(보호막)가 500 내지 1,500 Å의 두께로 도포되어 있는 유리기판 위에 스핀 도포, 슬릿 도포 등의 적당한 방법을 사용하여, 2.0 내지 3.4 ㎛의 두께로 도포한다. 도포 후에는 컬러필터에 필요한 패턴을 형성하도록 광을 조사한다. 광을 조사한 다음, 도포층을 알칼리 현상액으로 처리하면 도포층의 미조사 부분이 용해되고 컬러필터에 필요한 패턴이 형성된다. 이러한 과정을 필요한 R, G, B 색의 수에 따라 반복 수행함으로써, 원하는 패턴을 갖는 컬러필터를 수득할 수 있다. 또한 상기 과정에서, 현상에 의해 수득된 화상 패턴을 다시 가열하거나 또는 활성선 조사 등에 의해 경화시킴으로써 내크랙성, 내용제성 등을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상술한 컬러필터가 구비된 화상표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 컬러필터는 통상의 액정표시장치(LCD)뿐만 아니라, 전계발광표시장치(EL), 플라스마표시장치(PDP), 전계방출표시장치(FED), 유기발광소자(OLED), 양자점 발광다이오드(Quantum Dot Light-Emitting Diode, QLED) 등 각종 화상표시장치에 적용이 가능하다.
본 발명의 화상표시장치는 상술한 컬러필터를 구비한 것을 제외하고는, 당해 기술분야에서 알려진 구성을 포함한다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
합성예 1: 알칼리 가용성 수지 B-1의 합성
교반기, 온도계, 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 플라스크를 준비하고, 한편, N-벤질말레이미드 5 몰%, 사이클로헥실 메타크릴레이트 15 몰%, 메틸 메타크릴레이트 5 몰%, 로진 메타크릴레이트 20 몰% 및 아크릴산 55 몰%로 구성된 단량체 100 중량부에, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(이하, PGMEA라고도 함) 40 중량부를 투입 후 교반 혼합하여 모노머 적하 로트를 준비하고, n-도데칸디올 6 중량부, PGMEA 24 중량부를 넣고 교반 혼합하여 연쇄이동제 적하 로트를 준비했다.
이후 플라스크에 PGMEA 395 중량부를 도입하고 플라스크내 분위기를 공기에서 질소로 치환한 후 교반하면서 플라스크의 온도를 90℃까지 승온하였다. 이어서 모노머 및 연쇄 이동제를 적하 로트로부터 적하를 개시했다. 적하는 90℃를 유지하면서 각각 2 시간 동안 진행하였고, 1 시간 후에 110℃로 승온하여 3 시간 유지한 뒤, 가스 도입관을 도입시켜, 산소/질소=5/95(v/v) 혼합 가스의 버블링을 개시하였다.
이어서, 상기 단량체 100몰% 대비 글리시딜메타크릴레이트 45 몰%, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 0.4 중량부, 트리에틸아민 0.8 중량부를 플라스크 내에 투입하여 110℃에서 6 시간 반응을 계속하고, 그 후 실온까지 냉각하면서 중량평균분자량 11,100, 고형분 기준 산가가 70 ㎎KOH/g인 알칼리 가용성 수지를 얻었다.
합성예 2: 알칼리 가용성 수지 B-2의 합성
교반기, 온도계, 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 플라스크를 준비하고, 한편, N-벤질말레이미드 10 몰%, 사이클로헥실 메타크릴레이트 25 몰%, 메틸 메타크릴레이트 5 몰%, 로진 메타크릴레이트 25 몰% 및 아크릴산 35 몰%로 구성된 단량체 100 중량부에, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(이하, PGMEA라고도 함) 40 중량부를 투입 후 교반 혼합하여 모노머 적하 로트를 준비하고, n-도데칸디올 6 중량부, PGMEA 24 중량부를 넣고 교반 혼합하여 연쇄이동제 적하 로트를 준비했다.
이후 플라스크에 PGMEA 395 중량부를 도입하고 플라스크내 분위기를 공기에서 질소로 치환한 후 교반하면서 플라스크의 온도를 90℃까지 승온하였다. 이어서 모노머 및 연쇄 이동제를 적하 로트로부터 적하를 개시했다. 적하는 90℃를 유지하면서 각각 2 시간 동안 진행하였고, 1 시간 후에 110℃로 승온하여 3 시간 유지한 뒤, 가스 도입관을 도입시켜, 산소/질소=5/95(v/v) 혼합 가스의 버블링을 개시하였다.
이어서, 상기 단량체 100몰% 대비 글리시딜메타크릴레이트 30 몰%, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 0.4 중량부, 트리에틸아민 0.8 중량부를 플라스크 내에 투입하여 110℃에서 6 시간 반응을 계속하고, 그 후 실온까지 냉각하면서 중량평균분자량 11,600, 고형분 기준 산가가 50 ㎎KOH/g인 알칼리 가용성 수지를 얻었다.
합성예 3: 알칼리 가용성 수지 B-3의 합성
교반기, 온도계, 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 플라스크를 준비하고, 한편, N-벤질말레이미드 5 몰%, 사이클로헥실 메타크릴레이트 25 몰%, 메틸 메타크릴레이트 5 몰%, 로진 메타크릴레이트 40 몰% 및 아크릴산 25 몰%로 구성된 단량체 100 중량부에, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(이하, PGMEA라고도 함) 40 중량부를 투입 후 교반 혼합하여 모노머 적하 로트를 준비하고, n-도데칸디올 6 중량부, PGMEA 24 중량부를 넣고 교반 혼합하여 연쇄이동제 적하 로트를 준비했다.
이후 플라스크에 PGMEA 395 중량부를 도입하고 플라스크내 분위기를 공기에서 질소로 치환한 후 교반하면서 플라스크의 온도를 90℃까지 승온하였다. 이어서 모노머 및 연쇄 이동제를 적하 로트로부터 적하를 개시했다. 적하는 90℃를 유지하면서 각각 2 시간 동안 진행하였고, 1 시간 후에 110℃로 승온하여 3 시간 유지한 뒤, 가스 도입관을 도입시켜, 산소/질소=5/95(v/v) 혼합 가스의 버블링을 개시하였다.
이어서, 상기 단량체 100몰% 대비 글리시딜메타크릴레이트 15 몰%, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 0.4 중량부, 트리에틸아민 0.8 중량부를 플라스크 내에 투입하여 110℃에서 6 시간 반응을 계속하고, 그 후 실온까지 냉각하면서 중량평균분자량 11,500, 고형분 기준 산가가 62 ㎎KOH/g인 알칼리 가용성 수지를 얻었다.
합성예 4: 알칼리 가용성 수지 B-4의 합성
교반기, 온도계, 환류 냉각관, 적하 로트 및 질소 도입관을 구비한 플라스크를 준비하고, 한편, N-벤질말레이미드 5 몰%, 사이클로헥실 메타크릴레이트 5 몰%, 메틸 메타크릴레이트 10 몰%, 로진 메타크릴레이트 10 몰% 및 아크릴산 70 몰%로 구성된 단량체 100 중량부에, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(이하, PGMEA라고도 함) 40 중량부를 투입 후 교반 혼합하여 모노머 적하 로트를 준비하고, n-도데칸디올 6 중량부, PGMEA 24 중량부를 넣고 교반 혼합하여 연쇄이동제 적하 로트를 준비했다.
이후 플라스크에 PGMEA 395 중량부를 도입하고 플라스크내 분위기를 공기에서 질소로 치환한 후 교반하면서 플라스크의 온도를 90℃까지 승온하였다. 이어서 모노머 및 연쇄 이동제를 적하 로트로부터 적하를 개시했다. 적하는 90℃를 유지하면서 각각 2 시간 동안 진행하였고, 1 시간 후에 110℃로 승온하여 3 시간 유지한 뒤, 가스 도입관을 도입시켜, 산소/질소=5/95(v/v) 혼합 가스의 버블링을 개시하였다.
이어서, 상기 단량체 100몰% 대비 글리시딜메타크릴레이트 60 몰%, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 0.4 중량부, 트리에틸아민 0.8 중량부를 플라스크 내에 투입하여 110℃에서 6 시간 반응을 계속하고, 그 후 실온까지 냉각하면서 중량평균분자량 12,300, 고형분 기준 산가가 74 ㎎KOH/g인 알칼리 가용성 수지를 얻었다.
실시예 및 비교예: 감광성 수지 조성물의 제조
하기 표 1의 조성으로 각각의 성분들을 혼합하여 감광성 수지 조성물을 제조하였다(중량%).
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
산란 입자(백색 입자)(A) 2.10 2.10 2.10 2.10 2.10
알칼리 가용성 수지(B-1) 30.41 30.41
알칼리 가용성 수지(B-2) 30.41
알칼리 가용성 수지(B-3) 30.41
알칼리 가용성 수지(B-4) 30.41
중합성 화합물 (C) 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57
광중합 개시제 (D-1) 0.30 0.30 0.30 0.30
광중합 개시제 (D-2) 0.30
첨가제 F-1 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37
F-2 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05
F-3 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16
용제(E-1) 58.04 58.04 58.04 58.04 58.04
TOTAL(%) 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
(A) 산란 입자(백색 입자): TiO2 (듀퐁社 R102, 210nm)
(B-1) 알칼리 가용성 수지: 합성예 1
(B-2) 알칼리 가용성 수지: 합성예 2
(B-3) 알칼리 가용성 수지: 합성예 3
(B-4) 알칼리 가용성 수지: 합성예 4
(C-1) 광중합성 화합물: 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 (Kayarad DPHA, 일본 화학)
(D-1) 광중합 개시제: Irgacure OXE01 (BASF사), λmax: 327 nm
(D-2) 광중합 개시제: NCI-831(AEKA사), λmax: 365 nm
(F-1) 산화방지제: Sumilizer GP (스미토모 화학)
(F-2) 에폭시 수지: ESCN 195XL (스미토모 화학)
(F-3) 레벨링제: F-554 (DIC사)
(E-1) 용제: 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 (PGMEA)
실험예:
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 감광성 수지 조성물을 이용하여 아래와 같이 광산란 화소층을 제조하였으며, 이때의 표면 조도 및 청색 광원 대비 휘도를 하기와 같은 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<광산란 화소층 기판의 제조>
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 감광성 수지 조성물을 이용하여 광산란 화소층 기판을 제조하였다. 즉, 상기 감광성 수지 조성물 각각을 스핀 코팅법으로 유리 기판 위에 도포한 다음, 가열판 위에 놓고 100℃의 온도에서 3 분간 유지하여 용제를 제거하고 도막을 형성시켰다.
이어서 상기 도막 위에 가로×세로 20mm×20mm 정사각형의 투과 패턴과 1 내지 100㎛의 라인 패턴을 갖는 시험 포토마스크를 올려놓고 시험 포토마스크와의 간격을 100㎛로 하여 자외선을 조사하였다.
이때, 자외선광원은 우시오 덴끼㈜제의 초고압 수은 램프(상품명 USH-250D)를 이용하여 대기 분위기하에 200mJ/㎠의 노광량(365 ㎚ 기준)으로 광조사하였으며, 특별한 광학 필터는 사용하지 않았다.
상기에서 자외선이 조사된 도막을 pH 10.5의 KOH 수용액 현상 용액에 담궈 현상하였다. 이 도막이 형성된 기판을 증류수를 사용하여 세척한 다음, 질소 가스를 불어서 건조하고, 230℃의 가열 오븐에서 20분 동안 가열하여 광산란 화소층 기판을 제조하였다. 상기에서 제조된 광산란 화소층의 두께는 10㎛이었다.
(1) 표면 조도
표면 조도 측정기 DEKTAK(Veeco社) 장비를 이용하여 상기 광산란 화소층의 표면 조도(surface roughness)를 측정하였다(단위: Å).
(2) 청색 광원 대비 휘도
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 감광성 수지 조성물을 사용하여 제조된 광산란 화소층 기판의 기판 면에 청색 발광 소자를 배치한 후 휘도 측정기 (CAS 140 CT, Instrument System社)를 이용하여 청색 광원에 대한 휘도를 측정하였다. 휘도는 광산란 화소층 기판 없이 청색 광원만 두고 측정 시 휘도값을 100%로 하고, 이에 대한 상대적인 값으로 기재하였다.
표면 조도 (Ra) 청색 광원 대비 휘도
실시예1 65 68.5%
실시예2 117 69.9%
실시예3 220 72.2%
비교예1 37 55.1%
비교예2 25 52.3%
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 광산란 화소층의 표면 조도가 50Å 이상인 실시예 1 내지 3의 감광성 수지 조성물은 광산란 화소층의 표면 조도가 50Å 미만인 비교예 1 내지 2의 감광성 수지 조성물에 비해 청색 광원 대비 휘도가 상승하는 것을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 광산란 화소층을 형성하기 위한 감광성 수지 조성물로서,
    상기 감광성 수지 조성물은 산란 입자, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용제를 포함하고,
    상기 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층은 표면 조도가 50Å 이상인 감광성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층은 10㎛ 두께 기준으로 광원 대비 휘도가 60% 이상인 감광성 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광원은 청색 광원인 감광성 수지 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 청색 광원의 파장은 380nm 내지 530nm인 감광성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산란 입자는 하기 수학식 1을 만족하는 감광성 수지 조성물:
    [수학식 1]
    (입경이 100nm 이상인 산란 입자의 함량/입경이 100nm 미만인 산란 입자의 함량)≥1
  6. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지고, 상기 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지는 반복단위가 상기 알칼리 가용성 수지를 구성하는 반복단위 전체 100 몰%에 대하여 10 내지 50 몰%의 양으로 포함된 것인 감광성 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 글리시딜 (메트)아크릴레이트 유래 치환기를 가지는 반복단위는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위인 감광성 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00003

    상기 식에서,
    Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸이다.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광중합 개시제는 360nm 이하의 파장에서 최대흡수파장(λmax)을 가지는 것인 감광성 수지 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 감광성 수지 조성물로부터 형성되는 광산란 화소층.
  10. 제9항에 따른 광산란 화소층을 포함하는 컬러필터.
  11. 제10항에 따른 컬러필터가 구비된 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
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