KR20210120223A

KR20210120223A - 잉크 조성물, 이를 이용하여 제조된 화소, 상기 화소를 포함하는 컬러필터 및 상기 컬러필터를 구비하는 화상표시장치

Info

Publication number: KR20210120223A
Application number: KR1020200036639A
Authority: KR
Inventors: 이지환; 이재용; 이헌희
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: KR102790001B1

Abstract

본 발명은 산란입자, 광경화성 모노머, 광개시제를 포함하며, 상기 광경화성 모노머는 수산기 당량이 73 내지 1120 g/eq.인 수산기 함유 모노머를 포함하는 잉크 조성물, 이를 이용하여 제조된 화소, 상기 화소를 포함하는 컬러필터 및 상기 컬러필터를 구비하는 화상표시장치에 관한 것이다.

Description

잉크 조성물, 이를 이용하여 제조된 화소, 상기 화소를 포함하는 컬러필터 및 상기 컬러필터를 구비하는 화상표시장치{AN INK COMPOSITION, A PIXEL MANUFACTURED BY USING THEREOF, A COLOR FILTER COMPRISING THE PIXEL, AND A DISPLAY DEVICE COMPRISING THE COLOR FILTER}

본 발명은 잉크 조성물, 이를 이용하여 제조된 화소, 상기 화소를 포함하는 컬러필터 및 상기 컬러필터를 구비하는 화상표시장치에 관한 것이다.

컬러필터는 백색광에서 적색, 녹색 및 청색의 3가지 색을 추출하여 미세한 화소단위로 가능하게 하는 박막 필름형 광학부품으로서, 한 화소의 크기가 수십에서 수백 마이크로미터 정도이다. 이러한 컬러필터는 각각의 화소 사이의 경계부분을 차광하기 위하여 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.

최근에는 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 색 필터에 포함되어 있는 안료의 특성으로 인하여 색재현이 저하되는 문제점이 발생하고 있다.

특히, 컬러필터가 각종 화상표시장치를 비롯한 다양한 분야에 사용됨에 따라 우수한 패턴 특성뿐만 아니라 높은 색재현율과 함께 고휘도, 고명암비와 같은 성능이 요구되고 있는 바, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 양자점을 포함하는 자발광 감광성 수지 조성물을 이용한 컬러필터 제조 방법이 제안되었다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2009-0036373호는 기존의 컬러필터를 양자점 형광체로 이루어진 발광층으로 대체함으로써 발광 효율을 향상시켜 표시장치의 표시품질을 개선할 수 있다고 개시하고 있다.

이러한 양자점을 포함하는 감광성 수지 조성물을 이용한 포토리소그래피 방법은 코팅, 노광, 현상 및 경화를 통해 색 필터를 형성하는 방법으로, 색 필터의 정교성과 재현성 측면에서는 우수하지만, 화소를 형성하기 위하여 각각의 색에 대하여 코팅, 노광, 현상 및 경화하는 과정이 각각 요구되어 제조 공정, 시간 및 비용이 늘어나고 공정간 제어 인자가 많아져 수율 관리에 어려움이 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 잉크젯(inkjet) 방법이 제시되었다. 잉크젯 방법은 잉크젯 헤드(inkjet head)를 사용하여 구획되어 있는 소정 위치에 액체 잉크를 분사하여 각각의 잉크가 착색된 이미지를 구현하는 기술로, 적색, 녹색 및 청색을 포함한 복수의 색을 한번에 착색할 수 있어서 제조 공정, 시간 및 비용이 크게 절감될 수 있다.

최근 모니터, TV 등에서 높은 색재현률(NTSC 대비 색농도)이 요구됨에 따라 양자점의 발광 휘도 향상이 필요하다. 이러한 발광 휘도 향상을 위해서는 막 두께를 두껍게 하는 방법이 있다. 하지만, 양자점 및 용제를 포함한 잉크 조성물로는 막두께를 두껍게 하는데 한계가 있다. 이에, 용제를 포함하지 않은 양자점 함유 무용제형 잉크 조성물이 요구되고 있지만, 무용제형 광 변환 잉크 조성물로 컬러필터를 제조할 경우에는 점도가 높아져 젯팅성이 불량하거나 표면 경도가 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2015-0142512호 및 제10-2016-0057331호에서는 바인더용액, 다관능 모노머와 함께 단관능 모노머를 사용하여 잉크 조성물의 노즐 막힘 없이 제팅성이 우수하고, 도막 경도 및 부착력을 확보할 수 있는 잉크 조성물을 제시하였다. 그러나, 이러한 잉크 조성물은 PoB 공정 후, 높은 수축율로 잉크 조성물과 격벽 사이의 이격으로 빛샘 현상이 발생하게 된다. 이러한 빛샘 현상으로 각 픽셀마다 빛의 투과율이 달라지게 되어 동일한 특성을 갖기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 용제 없이도 저점도 구현이 가능하여 잉크 조성물의 연속 제팅성이 우수하고, 제팅 공정 후, 도막의 수축율이 낮아서 격벽 사이의 이격이 발생하지 않는 잉크 조성물의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0036373호 대한민국 공개특허 제10-2015-0142512호 대한민국 공개특허 제10-2016-0057331호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 한 목적은 잉크 조성물과 격벽 사이의 이격이 발생하지 않아 빛샘 현상이 현저하게 개선되는 잉크 조성물, 상기 잉크 조성물의 경화물을 포함하는 화소, 상기 화소를 포함하는 컬러필터, 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 산란입자, 광경화성 모노머, 광개시제를 포함하며, 상기 광경화성 모노머는 수산기 당량이 73 내지 1120 g/eq.인 수산기 함유 모노머를 포함하는 잉크 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 잉크 조성물의 경화물을 포함하는 화소를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 화소를 포함하는 컬러필터를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치를 제공한다.

본 발명의 잉크 조성물을 이용하여 화소 제조시 연속 제팅성이 우수하고, 격벽과의 이격 없이 빛샘 현상을 현저하게 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 산란입자, 광경화성 모노머, 광개시제를 포함하며, 상기 광경화성 모노머는 수산기 당량이 73 내지 1120 g/eq.인 수산기 함유 모노머를 포함하는 잉크 조성물에 관한 것으로서, 연속 제팅성이 우수하고, 격벽과의 이격 없이 빛샘 현상을 현저하게 줄일 수 있는 잉크 조성물, 상기 잉크 조성물의 경화물을 포함하는 화소, 상기 화소를 포함하는 컬러필터, 상기 컬러필터를 포함하는 화상표시장치에 관한 것이다.

< 잉크 조성물 >

본 발명의 잉크 조성물은, 산란입자, 광경화성 모노머, 및 광중합 개시제를 포함할 수 있고, 필요에 따라 양자점, 산화방지제 및 첨가제 중 선택되는 1 종 이상을 추가 포함할 수 있다.

산란입자

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 산란 입자는 청색 광원으로부터 방출된 광의 경로를 증가시켜 전체적인 광효율을 높이는 역할을 한다.

상기 산란입자는 통상의 무기 재료를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 평균입경이 30 내지 1000nm인 금속산화물을 포함할 수 있다.

상기 금속산화물은 Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Mo, Cs, Ba, La, Hf, W, Tl, Pb, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Ti, Sb, Sn, Zr, Nb, Ce, Ta, In 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속을 포함하는 산화물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

구체적으로 Al₂O₃, SiO₂, ZnO, ZrO₂, BaTiO₃, TiO₂, Ta₂O₅, Ti₃O₅, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb₂O₃, SnO, MgO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 필요한 경우 아크릴레이트 등의 불포화 결합을 갖는 화합물로 표면 처리된 재질도 사용 가능하다.

본 발명에 따른 양자점 광변환 조성물은 산란입자를 포함할 경우 상기 산란입자를 통해 양자점에서 자발 방출된 광의 경로를 증가시켜 컬러필터에서의 전체적인 광효율을 높일 수 있어 바람직하다.

상기 산란입자는 50 내지 1000nm의 평균입경을 가질 수 있으며, 바람직하기로 100 내지 500nm 범위인 것을 사용한다. 더욱 바람직하기로 150 내지 300nm의 범위인 것이 좋다. 이때 입자 크기가 너무 작으면 양자점으로부터 방출된 빛의 충분한 산란 효과를 기대할 수 없고, 이와 반대로 너무 큰 경우에는 조성물 내에 가라 앉거나 균일한 품질의 자발광층 표면을 얻을 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.

본 발명에서 평균입경이란, 수평균 입경일 수 있으며, 예컨대 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM) 또는 투과전자현미경(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.

상기 산란입자는 상기 잉크 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 상기 산란입자가 상기 상술한 범위 내로 포함될 경우에는 발광세기 증가 효과가 극대화될 수 있으며, 산란효과가 충분하여 발광 세기의 확보가 가능하고, 산란특성이 임계범위를 넘게 되어 발광된 빛을 차단함에 따라 발광 세기 저하 문제를 방지할 수 있다는 점에서 바람직하다.

광경화성 모노머

본 발명에 있어서, 광경화성 모노머는 수산기 당량이 73 내지 1120 g/eq.인 수산기 함유 모노머를 포함하는 잉크 조성물로서 낮은 점도로 노즐 막힘이 없이 잉크젯 공정이 가능하며, 젯팅된 잉크 조성물과 격벽과의 이격 없이 빛샘을 현저하게 줄일 수 있는 효과를 가질 수 있다.

상기 수산기 함유 모노머의 구체예로는 2-하이드록시-1,3-디(메트)아크릴옥시프로판 (2-hydroxy-1,3-di(meth)acryloxypropane), 2-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트 (2-hydroxybutyl (meth)acrylate), 글리세롤 디(메트)아크릴레이트 (Glycerol di(meth)acrylate), 펜타에리톨 트리아크릴레이트 (Pentaerythritol triacrylate), 디펜타에리트톨 아크릴레이트 (Dipentaerythritol acrylate) 등을 들 수 있다.

상기 광경화성 모노머가 상기 수산기 당량 범위 내로 포함되는 경우 잉크젯 프린팅 공정에서 노즐 막힘 없이 연속적인 젯팅이나 화소부의 빛샘 측면에서 바람직한 이점이 있다. 또한, 상술한 범위로 포함되는 경우 화소부의 빛샘 현상으로 잉크젯 후 공정에서 도막의 크랙이나 박리가 일어나는 문제를 방지 가능하며, 양자점 및/또는 산란입자의 함량이 줄어들어 도막의 광특성이나 투과율이 다소 저하될 수 있는 문제 또한 개선 가능하므로 바람직하다.

상기 광경화성 모노머는 잉크 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.5 내지 50 중량%로 포함될 수 있으며, 양자점을 포함하는 잉크 조성물인 경우 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.

광중합 개시제

본 발명의 일 실시형태에 따른 잉크 조성물은 광중합 개시제를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 광중합 개시제는 상기 광경화성 모노머를 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, 옥심계 화합물 및 티오크산톤계 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명에서는 광중합 개시 보조제를 사용할 수 있다. 광중합 개시 보조제는 광 개시제와 조합하여 사용되는 경우가 있으며, 광 개시제에 의해 중합이 개시된 광중합성 화합물의 중합을 촉진시키기 위해 사용되는 화합물이다. 광중합 개시 보조제로서는, 아민계 화합물, 알콕시안트라센계 화합물, 티옥산톤계 화합물, 카르복실산계 화합물 및 술폰산계 화합물 등을 들수 있다.

아민계 화합물로는, 예를 들면, 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 4-디메틸아미노벤조산메틸, 4-디메틸아미노벤조산에틸, 4-디메틸아미노벤조산이소아밀, 벤조산2-디메틸아미노에틸, 4-디메틸아미노벤조산 2-에틸헥실, N,N-디메틸파라톨루이딘, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤즈페논(통칭, 미힐러즈케톤), 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(에틸메틸아미노)벤조페논 등을 들 수 있으며, 이 중에서도 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논이 바람직하다.

알콕시안트라센계 화합물로는, 예를 들면, 9,10-디메톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디메톡시안트라센, 9,10-디에톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디에톡시안트라센 등을 들 수 있다. 티옥산톤계화합물로는, 예를 들면, 2-이소프로필티옥산톤, 4-이소프로필티옥산톤, 2,4-디에틸티옥산톤, 2,4-디클로로티옥산톤, 1-클로로-4-프로폭시티옥산톤 등을 들 수 있다.

상기 카르복실산 화합물의 구체예로서는 페닐티오아세트산, 메틸페닐티오아세트산, 에틸페닐티오아세트산, 메틸에틸페닐티오아세트산, 디메틸페닐티오아세트산, 메톡시페닐티오아세트산, 디메톡시페닐티오아세트산, 클로로페닐티오아세트산, 디클로로페닐티오아세트산, N-페닐글리신, 페녹시아세트산, 나프틸티오아세트산, N-나프틸글리신, 나프톡시아세트산 등의 방향족 헤테로아세트산류를 들 수 있다.

이들 광중합 개시 보조제를 사용하는 경우, 이의 사용량은 광 개시제 1몰당 통상적으로 10몰 이하, 바람직하게는 0.01~5몰이 바람직하다. 상기의 범위에 있으면 자발광 조성물의 감도가 더 높아지고, 이 조성물을 사용하여 형성되는 광변환 적층기재의 생산성이 향상되는 경향이 있기 때문에 바람직하다.

상기 광중합 개시제는 잉크 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위 내로 광중합 개시제가 포함될 경우, 잉크 조성물의 도막 형성이 양호해지고 자발광 조성물이 고감도화되어 이 조성물을 사용하여 형성한 화소부의 강도나, 이 화소부의 표면에서의 평활성이 양호하게 되는 경향이 있기 때문에 바람직하다.

양자점

본 발명에 따른 양자점을 포함하는 잉크 조성물은 양자점을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서, 양자점은 광원에 의해 자체 발광하며 가시광선 및 적외선 영역의 광을 발생시키기 위해 사용되는 것 일 수 있다. 양자점은 수 나노 크기의 결정 구조를 가진 물질로, 수백에서 수천 개 정도의 원자로 구성되는 것 일 수 있다. 원자가 분자를 이루고, 분자는 클러스터(cluster)라고 하는 작은 분자들의 집합체를 구성하여 나노 입자를 이루는데, 통상 이러한 나노 입자들이 특히 반도체의 특성을 띠고 있을 때 이를 양자점이라고 한다. 본 발명의 양자점은 이러한 개념에 부합하는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 물체가 나노 크기 이하로 작아지는 경우 그 물체의 에너지 밴드 갭(band gap)이 커지는 현상인 양자 구속 효과(quantum confinement effect)가 나타나며, 양자점이 외부에서 에너지를 받아 들뜬 상태에 이르면, 자체적으로 에너지 밴드 갭에 해당하는 에너지를 방출하며, 자발광할 수 있다.

상기 양자점은 광에 의한 자극으로 발광할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 비카드뮴계인 것이 바람직하며, II-VI족 반도체 화합물, III-V족 반도체 화합물, IV-VI족 반도체 화합물, 및 IV족 원소 또는 이를 포함하는 화합물 로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 II-VI족 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 상기 III-V족 반도체 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 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 이루어 진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

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 선택되는 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 양자점은 균질한(homogeneous) 단일 구조; 코어-쉘(coreshell)구조, 그래디언트(gradient) 구조 등과 같은 이중 구조; 또는 이들의 혼합 구조일 수 있다. 예를 들어 상기 코어-쉘(core-shell)의 이중 구조에서, 각각의 코어(core)와 쉘(shell)을 이루는 물질은 상기 언급된 서로 다른 반도체 화합물로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 코어는 lnP, ZnS, ZnSe, PbSe, AgInZnS 및 ZnO로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 쉘은 ZnSe, ZnS, ZnTe, PbS, TiO, SrSe 및 HgSe으로부터선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 코어-쉘 구조의 양자점은 InP/ZnS, InP/GaP/ZnS, InP/GaP/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/ZnSeTe/ZnS 및 InP/MnSe/ZnS 등을 들 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.

바람직하게는, 코어-쉘 구조의 양자점은 InP/ZnS, InP/ZnSe, InP/GaP/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/ZnSeTe/ZnS 및 InP/MnSe/ZnS 등을 들 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 아니나, 바람직하게는 습식 화학 공정(wet chemical process)에 의해 합성하는 것이 더욱 광특성이 우수한 양자점을 수득할 수 있다.

상기 습식 화학 공정이란 유기용제에 전구체 물질을 넣어 입자를 성장시키는 방법이다. 결정이 성장될 때 유기용제가 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 상기 양자점을 제조하는 것이 바람직하다.

습식 화학 공정에 의해 양자점을 제조하는 경우 양자점의 응집을 방지하고 양자점의 입자 크기를 나노 수준으로 제어하기 위하여 유기 리간드가 사용된다. 이러한 유기 리간드로는 일반적으로 올레익산이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 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. 예를 들면, 본 발명의 광변환 잉크 조성물은 이러한 양자점을 포함함으로써, 입사된 청색광을 녹색광 및 적색광으로 광변환이 가능하다.

상기 양자점이 추가적으로 포함되는 경우, 잉크 조성물 전체 100 중량%에 대하여 1 내지 60 중량%, 바람직하게는 5 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 상기 양자점이 상기 범위 내로 포함될 경우 발광 효율이 우수하고, 코팅층의 신뢰성이 우수한 이점이 있다. 상기 양자점이 상술한 범위로 포함되는 경우 녹색광 및 적색광의 광변환 효율이 우수하고, 잉크 조성물의 점도가 높아져서 제팅성이 떨어지는 문제를 방지할 수 있다는 점에서 바람직하다.

산화방지제

본 발명에 따른 양자점을 포함하는 잉크 조성물은 산화 방지제를 더 포함할 수 있다.

상기 산화 방지제는 포스트베이크 시 열에 의해 발생 되는 라디칼을 포획하여 라디칼이 양자점과 반응하여 발광 효율의 저하를 효과적으로 억제 및 방지할 수 있으며, 라디칼 포착 효과가 우수하여 적은 함량으로 사용하더라도 충분한 효과를 기대할 수 있다.

상기 산화 방지제는 페놀계 산화 방지제, 인계 산화 방지제 및 황계 산화 방지제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며, 이들은 페놀계-인계 산화 방지제, 페놀계-황계 산화 방지제, 인계-황계 산화 방지제, 또는 페놀계-인계-황계 산화 방지제의 조합으로도 사용될 수 있다.

상기 페놀계 산화 방지제는 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-t-부틸-4-히드록시페닐)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, 및 1,3,5-트리스(4-히드록시벤질)벤젠및테트라키스[메틸렌-3-(3,5'-디-t-부틸-4'-히드록시페닐프로피오네이트)]메탄 등을 들 수 있다.

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 산화 방지제는 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 및 포스폰산 등을 들 수 있다.

상기 황계 산화 방지제는 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) 및 2-메르캅토벤즈이미다졸 등을 들 수 있다.

상기 산화 방지제는 상기 잉크 조성물 100 중량%에 대하여, 0.01 내지 30중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 15 중량%를 포함될 수 있다.

상기 산화 방지제가 상기 범위 내로 포함될 경우에는 발광 효율 저하 문제 해결 측면에서 유리하다. 상기 산화 방지제가 상기 범위 미만으로 포함될 경우에는 전술한 바의 효과, 즉, 하드 베이크 공정 이후 양자점의 발광 효율 감소 억제 효과를 확보할 수 없는 문제점이 있으며, 상기 범위를 초과하여 포함될 경우에는 열경화가 완전히 이루어지지 않는 문제점이 있다.

첨가제

본 발명의 일 실시형태에 따른 잉크 조성물은 상기한 성분들 이외에, 도막 평탄성 또는 밀착성을 증진 시키기 위해서 계면활성제, 밀착촉진제와 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 잉크 조성물이 상기 계면활성제를 포함하는 경우 도막 평탄성이 향상될 수 있는 이점이 있다. 예컨대 상기 계면활성제는 F-554, BM-1000, BM-1100(BM Chemie사), 프로라이드 FC-135/FC-170C/FC-430(스미토모 쓰리엠㈜), SH-28PA/-190/-8400/SZ-6032(도레 시리콘㈜) 등의 불소계 계면 활성제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

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.

이 외에도 본 발명에 따른 잉크 조성물은 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 자외선 흡수제, 응집 방지제와 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있으며, 상기 첨가제는 역시 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 당업자가 적절히 추가하여 사용이 가능하다.

상기 첨가제가 더 포함될 경우 상기 잉크 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.001 내지 10 중량%, 구체적으로 0.001 내지 5 중량%, 더욱 구체적으로 0.001 내지 3 중량%로 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

< 화소 및 컬러필터 >

본 발명의 일 실시형태는 상술한 잉크 조성물의 경화물을 포함하는 화소에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시형태는 상술한 화소를 포함하는 컬러필터에 관한 것이다.

본 발명에 따른 잉크 조성물의 패턴 형성 방법은, 상술한 잉크 조성물을 잉크젯 방식으로 소정 영역에 도포하는 단계 및 상기 도포된 잉크 조성물을 경화시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

먼저, 본 발명의 잉크 조성물을 잉크젯 분사기에 주입하여 기판의 소정 영역에 프린팅한다.

상기 기판은 제한되지 않으며, 일례로 유리 기판, 실리콘 기판, 폴리카보네이트 기판, 폴리에스테르 기판, 방향족 폴리아미드 기판, 폴리아미드이미드 기판, 폴리이미드 기판, Al 기판, GaAs 기판 등의 표면이 평탄한 기판을 들 수 있다. 이들 기판은 실란 커플링제 등의 약품에 의한 약품 처리, 플라스마 처리, 이온 플레이팅 처리, 스퍼터링 처리, 기상반응 처리, 진공증착 처리 등의 전처리를 실시할 수 있다. 기판으로서 실리콘 기판 등을 사용하는 경우, 실리콘 기판 등의 표면에는 전하 결합소자(CCD), 박막 트랜지스터(TFT) 등이 형성될 수 있다. 또한, 격벽 매트릭스가 형성되어 있을 수도 있다.

잉크젯 분사기의 일례인 피에조 잉크젯 헤드에서 분사되어 기판 위에서 적절한 상(phase)을 형성하기 위하여, 점도, 유동성, 양자점 입자 등의 특성이 잉크젯 헤드와 균형 있게 맞춰져야 한다. 본 발명에서 사용된 피에조 잉크젯 헤드는 제한되지 않으나, 약 10 내지 100 pL, 바람직하게는 약 20 내지 40 pL의 액적 크기를 가지는 잉크를 분사한다.

본 발명의 잉크 조성물의 점도는 약 3 내지 30 cP가 적당하며, 보다 바람직하게는 7 내지 20cP의 범위에서 형성되는 것이 제팅성의 향상 측면에서 가장 바람직할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 컬러필터는 상기 패턴 형성방법에 의해 형성되는 착색 패턴층을 포함한다. 즉, 컬러필터는 기판 상에 상술한 잉크 조성물을 소정의 패턴으로 도포한 후 경화시켜 형성되는 착색 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 컬러필터의 구성 및 제조방법은 통상의 방법으로 형성될 수 있다.

< 화상표시장치 >

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) 등 각종 화상표시장치에 적용이 가능하다.

본 발명의 화상표시장치는 상술한 컬러필터를 구비한 것을 제외하고는, 당해 기술분야에서 알려진 구성을 포함한다.

이하, 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.

제조예 1: InP/ZnSe/ZnS 코어-쉘 양자점 합성(A-1)

인듐 아세테이트(Indium acetate) 0.4mmol(0.058g), 팔미트산(palmitic acid) 0.6mmol(0.15g) 및 1-옥타데센(octadecene) 20mL를 반응기에 넣고 진공 하에 120℃로 가열하였다. 1시간 후 반응기 내 분위기를 질소로 전환하였다. 280℃로 가열한 후, 트리스(트리메틸실릴)포스핀(TMS3P) 0.2mmol(58㎕) 및 트리옥틸포스핀 1.0mL의 혼합 용액을 신속히 주입하고 0.5분간 반응시켰다.

이어서 아연 아세테이트 2.4mmoL(0.448g), 올레산 4.8mmol 및 트리옥틸아민 20mL를 반응기에 넣고 진공 하에 120℃로 가열하였다. 1시간 후 반응기 내 분위기를 질소로 전환하고 반응기를 280℃로 승온시켰다. 앞서 합성한 InP 코어 용액 2mL를 넣고, 이어서 트리옥틸포스핀 중의 셀레늄(Se/TOP) 4.8 mmol을 넣은 후, 최종 혼합물을 2시간 동안 반응시켰다. 상온으로 신속하게 식힌 반응 용액에 에탄올을 넣고 원심 분리하여 얻은 침전을 감압여과 후 감압 건조하여 InP/ZnSe 코어-쉘을 형성시켰다.

이어서, 아연 아세테이트 2.4mmoL(0.448g), 올레산 4.8mmol 및 트리옥틸아민 20mL를 반응기에 넣고 진공 하에 120℃로 가열하였다. 1시간 후 반응기 내 분위기를 질소로 전환하고 반응기를 280℃로 승온시켰다. 앞서 합성한 InP/ZnSe 코어-쉘 용액 2mL를 넣고, 이어서 트리옥틸포스핀 중의 황(S/TOP) 4.8mmol을 넣은 후, 최종 혼합물을 2시간 동안 반응시켰다. 상온으로 신속하게 식힌 반응 용액에 에탄올을 넣고 원심 분리하여 얻은 침전을 감압여과 후 감압 건조하여 InP/ZnSe/ZnS 코어-쉘 구조의 양자점을 수득하였다. 최대발광파장은 520nm 였다.

제조예 2: 산란입자 분산액(B-1)의 제조

산란입자로서 입경 210nm인 TiO2(이시하라사 CR-63) 70.0 중량부, 분산제로서 DISPERBYK-2001(BYK사 제조) 4.0 중량부 및 모노머로 1,6-헥산디올디아크릴레이트 26 중량부를 비드밀에 의해 12시간 동안 혼합 및 분산하여 산란입자 분산액(B-1)을 제조하였다.

합성예 1: 광경화성 모노머 C-1

하기 화학식 1로 표시되는 화합물로서 수산기 당량이 74.5 g/eq.인 광경화성 모노머(C-1)를 합성하였다.

[화학식 1]

합성예 2: 광경화성 모노머 2

하기 화학식 2로 표시되는 화합물로서 수산기 당량이 1111.3 g/eq.인 광경화성 모노머(C-2)를 합성하였다.

[화학식 2]

비교 합성예 1: 광경화성 모노머 C-3

하기 화학식 3로 표시되는 화합물로서 수산기 당량이 72.1 g/eq.인 광경화성 모노머(C-3)를 합성하였다.

[화학식 3]

비교 합성예 2: 광경화성 모노머 C-4

하기 화학식 4로 표시되는 화합물로서 수산기 당량이 1123.2 g/eq.인 광경화성 모노머(C-4)를 합성하였다.

[화학식 4]

실시예 3 내지 6 및 비교예 3 내지 6: 잉크 조성물의 제조

하기 표 1의 성분 및 함량에 따라 잉크 조성물을 제조하였다.

(단위: 중량%)		실시예				비교예
(단위: 중량%)		1	2	3	4	1	2	3	4
양자점	A-1			28	28			28	28
산란입자 분산액	B-1	8	8	8	8	8	8	8	8
광경화성 모노머	C-1	88		55
	C-2		88		55
	C-3					88		55
	C-4						88		55
광중합 개시제	D-1	3	3	3	3	3	3	3	3
산화방지제	E-1			5	5			5	5
첨가제	F-1	1	1	1	1	1	1	1	1
A-1: 제조예 1에서 제조된 양자점
B-1: 제조예 2에서 제조된 산란입자 분산액
C-1: 합성예 1의 광경화성 모노머
C-2: 합성예 2의 광경화성 모노머
C-3: 비교 합성예 1의 광경화성 모노머
C-4: 비교 합성예 2의 광경화성 모노머
D-1: Irgacure OXE-01 (바스프社)
E-1: Sumilizer GP (스미토모화학社)
F-1: 불소계 계면활성제 (F-554, DIC社)

실험예

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 잉크 조성물을 사용하여 연속 제팅 횟수를 측정하고, 10㎛ 두께의 잉크 제팅층을 제조하여 빛샘을 평가하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

(1) 잉크 조성물의 연속 제팅 횟수

상기 잉크 조성물을 유니젯사 잉크젯프린팅 설비에 충진 후 젯팅 헤드의 온도를 40℃로 고정한 다음 1분간 잉크 토출 후 30분간 방치를 젯팅 헤드부의 노즐 막힘으로 토출이 되지 않을 때까지 반복 수행하여 연속제팅 횟수를 평가 하였다. 연속젯팅 횟수가 증가할수록 연속공정에 우수한 특성을 얻을 수 있다.

(2) 잉크 제팅 기판의 제조 및 빛샘 측정

실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 잉크 조성물을 잉크젯 방식으로 10um 높이의 흑색 격벽층 위에 도포한 다음, 자외선 광원으로서 g, h, i 선을 모두 함유하는 1kW 고압 수은등을 사용하여 1000mJ/cm²로 조사 후 180℃의 가열 오븐에서 30분 동안 가열하여 잉크 제팅 기판을 제조하였다.

제조된 잉크 제팅 기판을 청색(blue) 광원(XLamp XR-E LED, Royal blue 450, Cree 社) 상부에 위치시킨 후 휘도 측정기(CAS140CT Spectrometer, Instrument systems 社)를 이용하여 하기 평가방법과 같이 빛샘을 평가하였다.

< 빛샘 평가 방법 >

○: 잉크 제팅 기판에 입사되는 청색 광원의 투과율이 100 이상 내지 105% 미만

△: 잉크 제팅 기판에 입사되는 청색 광원의 투과율이 105 이상 내지 110% 미만

X: 잉크 제팅 기판에 입사되는 청색 광원의 투과율이 110% 이상

평가 항목	연속제팅 횟수	빛샘
실시예 1	5회 초과	○
실시예 2	5회 초과	○
실시예 3	5회 초과	○
실시예 4	5회 초과	○
비교예 1	5회 초과	X
비교예 2	5회 초과	X
비교예 3	5회 초과	X
비교예 4	5회 초과	X

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 잉크 조성물로 제조된 잉크 제팅층의 경우 빛샘 현상 방지 효과가 현저히 우수한 것을 확인할 수 있었다.

Claims

산란입자, 광경화성 모노머, 광중합 개시제를 포함하며,
상기 광경화성 모노머는 수산기 당량이 73 내지 1120 g/eq.인 수산기 함유 모노머를 포함하는 것인, 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 잉크 조성물은 양자점, 산화방지제 및 첨가제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것인, 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 산란입자는 TiO₂, Al₂O₃, SiO₂, ZnO, ZrO₂, BaTiO₃, Ta₂O₅, Ti₃O₅, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb₂O₃, SnO, 및 MgO로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 광경화성 모노머는 2-하이드록시-1,3-디(메트)아크릴옥시프로판, 2-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 글리세롤 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리톨 트리아크릴레이트, 및 디펜타에리트톨 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 광중합 개시제는 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 옥심계 화합물 및 티오크산톤계 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 것인, 잉크 조성물.
청구항 2에 있어서,
상기 양자점은 비카드뮴계 양자점인, 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 잉크 조성물은 무용제형인 것인, 잉크 조성물.
청구항 1 내지 7에 따른 잉크 조성물의 경화물을 사용하여 제조된 광산란 화소.
청구항 8에 따른 광산란 화소를 포함하는 컬러필터.
청구항 9에 따른 컬러필터를 포함하는, 화상표시장치.