KR20230055553A - 100℃ 이하 저온 경화형 칼라필터 격벽 형성에 관한 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디스플레이의 칼라필터 격벽을 형성하기 위한 경화성 수지 조성물에 관한 것으로, 바인더 100중량부에 대하여 모노머 20 내지 50중량부 및 차광제 15 내지 40중량부를 포함하며, 상기 차광제는 블루 차광제 및 레드 차광제를 포함하며, 블랙 차광제를 포함하지 않는다.
Description
본 발명은 100℃ 이하 저온 경화형 칼라필터 격벽 형성에 관한 수지 조성물에 관한 것이다.
WOLED 구조에서는 봉지층(유기막) 위에 컬러필터를 형성하므로 공정 온도가 매우 중요하다. OLED소자의 열적 손상을 방지하기 위해 100℃ 이하의 저온 경화 공정이 요구된다.
칼라필터 제작에 격벽을 형성할 때 노광 과정에서 광 투과율 저하로 인해 격벽 패턴 하부 미경화가 발생되며 현재까지 상용화된 대부분의 디스플레이용 감광성 격벽 재료는 노광 및 현상 공정 후 100℃ 이상의 고온의 열처리 공정이 필요하다.
경화된 격벽은 잉크젯 방식의 OLED 칼라필터 제조 공정 시 패턴 격벽에 잉크가 젯팅되게 된다. 따라서 잉크가 번짐 없는 균일한 잉크젯 인쇄공정을 위해 사용되는 잉크에 대한 20°이상의 접촉각 확보 및 내용매성이 요구된다
OLED 유기 발광층들의 수명 향상을 위해 저온 공정에 대한 요구는 끊임없이 지속되어왔으나 일부 OLED 디스플레이에서 100℃이하 경화가 가능한 차광용 격벽이 아닌 투명 유기막용 재료가 상용화된 상태이다.
따라서 격벽을 형성하기 위한 물질을 기존에 사용된 수지 조성물로 적용하기엔 한계가 있다. 저온에서 경화가 진행될 경우 용제 휘발성이 떨어지고 노광 공정에서 UV광 침투율이 저하되어 격벽 하부 미경화로 인해 패턴각도 100° 이상의 패턴각도 불량이 발생하게 된다.
또한 경화도가 낮아 기재와의 접착의 문제가 발생하고 칼라필터 잉크액에 대한 접촉각이 20° 이하로 낮아 인쇄 공정 시 잉크 번짐이 발생하며 내용매성이 떨어져 격벽과 감광 픽셀 계면 간 경계가 불량하여 균일한 패턴 구현이 어렵다.
이러한 부분을 해소하기 위해 저온(100℃이하)에서 패턴 형성이 가능하며 잉크젯 인쇄용 잉크에 대한 높은 접촉각 및 내화학성을 가지며 차광 가능한 감광성 격벽 재료의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 100℃ 이하 저온 경화형 칼라필터 격벽 형성에 관한 수지 조성물을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 디스플레이의 칼라필터 차광용 격벽을 형성하기 위한 경화성 수지조성물에 있어서, 바인더 100중량부에 대하여 모노머 20 내지 50중량부 및 차광제 15 내지 40중량부를 포함하며, 상기 차광제는 블루 차광제 및 레드 차광제를 포함하며, 블랙 차광제를 포함하지 않는 것에 의해 달성된다.
상기 바인더의 수평균 분자량은 8,000 내지 12,000일 수 있다.
상기 바인더는 아크릴레이트에 에폭시기 및 수산기가 치환된 변형 바인더를 포함할 수 있다.
상기 모노머는, 다관능 모노머로 1종 이상의 알콜기가가 치환된 다관능성 아크릴레이트모노머에 에폭시기, 디메틸프로판 테트라 아크릴레이트, 펜타에틸트리톨 테트라아트릴레이트를 포함할 수 있다.
상기 블루 차광제 및 레드 차광제의 중량비는 1:0.2 내지 1:5일 수 있다.
상기 모노머는 30 내지 36중량부이며 상기 차광제는 20 내지 30중량부일 수 있다.
광개시제 20 내지 50중량부 및 용매 20 내지 50중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 목적은 디스플레이 장치에 있어서, 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자 상에 형성된 컬러필터층을 포함하며, 상기 컬러필터층은, 격벽 형태의 칼라필터 차광용 격벽 및 상기 칼라필터 차광용 격벽 내에 위치하는 칼라필터를 포함하며, 상기 칼라필터 차광용 격벽은 상기 수지조성물을 경화하여 얻은 것에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 칼라필터 격벽을 형성하기 위한 경화성 수지 조성물이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 디스플레이 장치의 단면도이다.
본 발명은 100℃ 이하에서 열처리 및 140mJ/㎠의 UV 노광 공정으로 격벽 패턴 형성이 가능하며 컬러필터잉크 재료에 대해 접촉각 20°이상으로 격벽에 잉크 젯팅 시 퍼짐성이 없으며 내용매성을 확보하여 패턴 형상이 유지되고, 패턴각도는 100° 이하이며 진공 증착 공정에서 격벽이 손상되지 않도록 경도 H이상의 내스크레치 특성이 부여된 격벽 패턴을 형성할 수 있는 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
경화성 수지조성물은 바인더, 모노머, 차광제, 광개시제 및 용매를 포함한다.
바인더 100중량부에 대해 모노머는 20 내지 50중량부 또는 30 내지 36중량부, 차광제는 15 내지 40중량부 또는 20 내지 30중량부, 광개시제는 20 내지 50중량부, 용매는 20 내지 50중량부일 수 있다.
바인더는 상기 바인더의 수평균 분자량은 8,000 내지 12,000 또는 9,000 내지 11,000일 수 있으며, 메타아크릴레이트에 에폭시기 및 수산기가 치환된 변형 바인더일 수 있다.
구체적으로 바인더는, 아크릴레이트계 수지에 1 내지 3개의 알코올과 1 내지 3개의 에폭시기를 함유할 수 있다.
모노머는 다관능 모노머로 1종 이상의 알콜기가가 치환된 다관능성 아크릴레이트모노머에 에폭시기, 디메틸프로판 테트라 아크릴레이트, 펜타에틸트리톨 테트라아트릴레이트를 포함하는 다관능형의 모노머일 수 있다.
차광제는 블루 차광제 및/또는 레드 차광제를 포함하며, 블랙 차광제를 포함하지 않는다. 여기서 블랙 차광제를 포함하지 않는다는 것은 실질적으로 블랙 차광제를 포함하지 않는다는 것으로, 차광제에서 블랙 차광제가 3중량% 미만, 1중량% 미만, 0.1 중량% 미만 또는 0.01중량% 미만인 것을 의미한다.
블루 차광제 및 레드 차광제의 중량비는 1:0.2 내지 1:5일 수 있다.
차광제(안료)로는 시안계, 아조계, 콤플렉스계 등 당해 기술 분야에서 사용되는 것이라면 제한없이 사용할 수 있다.
적색 안료로는 C.I.피그먼트 레드9, C.I.피그먼트 레드97, C.I.피그먼트 레드105, C.I.피그먼트 레드177를 사용할 수 있으며 청색 안료로는 C.I.피그먼트 블루 15, C.I.피그먼트 블루 60, C.I.피그먼트 블루 15:4, C.I.피그먼트 블루 15:6 등을 사용할 수 있다.
착색제로 사용되는 안료는 용매에 분산처리한 것을 사용할 수 있다.
용매로는 Propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA)를 사용할 수 있으며, 광개시제로는 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenyl phosphine oxide (TPO)를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 저온 경화형 감광성 수지 조성물은 OLED 패널의 봉지막(Encapsulation) 상면에 별도의 부착공정 없이 100℃ 이하의 저온에서 차광성이 부여된 패턴 형성이 가능하고, 격벽 두께가 2 내지 5um 수준으로 형성되며 잉크젯 프린팅 공정 시 컬러필터잉크 재료에 대한 20° 이상의 접촉각 및 내화학성이 확보된 특성을 가진다.
차광용 격벽은 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 사용하여 형성될 수 있다. 먼저 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅(Spin coating) 방식으로 박막트랜지스터 기판 상에 4um 두께로 코팅한다. 이어 상기 코팅한 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 약 120초 동안 약 85℃에서 프리 베이킹(Pre baking)한다. 이어, 상기 프리 베이킹한 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 상기 RGB 화소의 경계 부분에 대응되도록 패터닝된 마스크를 사이로 140mJ/cm
의 자외선 광(UV)으로 노광한다. 이어, 노광한 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 약 0.04% 수산화칼륨(KOH) 용액으로 약 80초 현상한다. 이어 상기 현상한 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 약 1시간 동안 약 85℃에서 포스트 베이킹(Post baking)하여 디스플레이 격벽을 완성한다. 이상의 형성방법에 있어 구체적인 수치 내지 순서는 당업자의 선택에 따라 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 디스플레이 장치의 단면도이다.
디스플레이장치(1)에서 디스플레이 소자(11) 상에 무기막(12)이 형성되어 있다. 무기막(12) 상에는 컬러필터층(13)이 형성되어 있다. 컬러필터층(13)은 격벽 형태의 칼라필터 차광용 격벽(131) 및 칼라필터 차광용 격벽 내에 위치하는 칼라필터(132)를 포함한다.
이하 실험예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
실험예에서 사용한 케미칼은 다음과 같다.
바인더 : 수평균 분자량 7000, 10,000, 14000 메타 아크릴레이트에 에스테르기 및 수산기가 치환된 변형 바인더 수지, 케미칼명 : 메타아크릴레이트 코폴리머 BA1 (입수처 : 켐이 제조)
다관능 모노머 : 다관능형의 디메틸프로판 테트라 아크릴레이트, 펜타에틸트리톨 테트라 아크릴레이트, 펜타에틸트리톨 테트라 아트릴레이트 및 1종 이상의 알콜기를 포함하는 모노머. 제품이름 M044(입수처 : green chemical 제조)
단관능 모노머 : 에톡시 에폭시 에틸 아크릴레이트 제품이름 A007(입수처 : green chemical 제조)
블루 차광제 : C.I.피그먼트 블루 15, C.I.피그먼트 블루 60, C.I.피그먼트 블루 15:4, C.I.피그먼트 블루 15:6 중 1종 BO350 (입수처 : 이리도스 제조)
레드 차광제 : C.I.피그먼트 레드9, C.I.피그먼트 레드97, C.I.피그먼트 레드105, C.I.피그먼트 레드177 중 1종 제품이름 : RO350 (입수처 : 이리도스 제조)
블랙 착색제 : 카본 블랙 C.I.피그먼트 블랙 1 포함, 제품이름 : EXC13 (입수처 : 이리도스 제조)
광개시제 : 트리메틸벤조일 디 페틸 포스 핀 옥사이드 TPO 제조사 : IGM
용매 : 프로릴렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 제품이름 : PGMEA 입수처 : 대정화금
실시예 1
수평균 분자량 10,000 바인더 수지로 30g, 다관능 모노머 10g 블루, 레드 착색제 각 3.5g로 혼합한 상태에서 광 개시제로 TPO를 7g으로 적용하여 12시간 동안 교반 반응시켰다. 이어, 용매로써 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA : Propylene Glycol Methyl Ether Acetate) 10g을 혼합한 후, 이를 5℃ 미만에서 10시간 이상 분산 과정을 거쳐 실시예 1에 따른 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서 준비된 감광성 수지 조성물에서 착색제 블루 5g 및 레드 2g를 사용하여 본 실시예 2에 따른 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 준비된 감광성 수지 조성물에서 착색제 블루 2g 및 레드 5g을 첨가하여 본 실시예 3에 따른 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 준비된 감광성 수지 조성물에서 착색제 블랙 7g 첨가로 변경하여 본 비교예 1에 따른 감광성 수지 조성물을 제조하였다
비교예 2
실시예 1에서 준비된 감광성 수지 조성물에서 착색제 블랙 1g, 블루 2g, 레드 5g를 첨가 하는 것으로 변경하여 본 비교예 2에 따른 감광성 수지 조성물을 제조하였다
비교예 3
실시예 1에서 준비된 감광성 수지 조성물에서 수평균 분자량 14,000 바인더로 변경하여 비교예 3에 따른 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 4
실시예 1에서 준비된 감광성 수지 조성물에서 수평균 분자량 7,000 바인더로 변경하여 비교예 4에 따른 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 5
실시예 1에서 준비된 감광성 수지 조성물에서 다관능 모노머를 첨가하지 않고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 6
실시예 1에서 준비된 감광성 수지 조성물에서 다관능 모노머 10g을 다관능 모노머 20g으로 변경하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 7
실시예 1에서 준비된 감광성 수지 조성물에서 다관능 모노머를 단관능 모노머 10g으로 변경하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 및 비교예들에서 제조한 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅(Spin coating) 방식으로 박막트랜지스터 기판 상에 4um 두께로 코팅한다. 이어 상기 코팅한 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 약 120초 동안 약 85℃에서 프리 베이킹(Pre baking)한다. 이어, 상기 프리 베이킹한 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 상기 RGB 화소의 경계 부분에 대응되도록 패터닝된 마스크를 사이로 140mJ/cm2의 자외선 광(UV)으로 노광한다. 이어, 노광한 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 약 0.04% 수산화칼륨(KOH) 용액으로 약 80초 현상한다. 이어 상기 현상한 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 약 1시간 동안 약 85℃에서 포스트 베이킹(Post baking)하여 디스플레이 격벽을 완성하였다. 아래와 같은 방법으로 물성을 평가하였고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
칼 자이스사의 Supra-40 모델의 주사전자현미경을 이용하여 상기 격벽의 패턴 각도를 측정하였고, KRUSS사의 DSA100 모델의 접촉각 측정기를 이용하여 경화된 표면 전면에 잉크용 PGMEA용매로 접촉각을 측정하였고, 5분 이후 표면 변화 여부로 내화학성을 확인하였다. 그 결과, 상기 실시예 및 비교예 각각의 저온 경화형 감광성 수지 조성물로부터 제조된 디스플레이 격벽용 패턴에 대한 패턴 각도, 접촉각, 내용매성이 표 1에서와 같이 측정되었다. 연필경도의 경우 경화된 표면 전면에 ASTM D3363에 따라 수직하중 1kg에서 측정하였다.
| 바인더 수지 수평균 분자량 (g) |
모노머 (g) |
차광제 (g) |
패턴 각도 |
접촉각 | 내용 매성 |
연필 경도 |
|
| 실시예 1 | 10000 30 |
다관능 10 | 블루:레드 3.5/3.5 |
90.0 | 26.3 | O | 3H |
| 실시예 2 | 10000 30 |
다관능 10 | 블루:레드 5/2 |
93.1 | 26.0 | O | 4H |
| 실시예 3 | 10000 30 |
다관능 10 | 블루:레드 2/5 |
71.3 | 25.7 | O | 4H |
| 비교예 1 | 10000 30 |
다관능 10 | 블랙 7 |
139.9 | 25.9 | X | HB |
| 비교예 2 | 10000 30 |
다관능 10 | 블랙:블루:레드 1/2/5 |
110.8 | 30.6 | O | 3H |
| 비교예 3 | 14000 30 |
다관능 10 | 블루:레드 3.5/3.5 |
NG | 25.2 | X | HB |
| 비교예 4 | 7000 30 |
다관능 10 | 블루:레드 3.5/3.5 |
NG | 25.1 | x | HB |
| 비교예 5 | 10000 30 |
- | 블루:레드 3.5/3.5 |
99.8 | 31.0 | X | HB |
| 비교예 6 | 10000 30 |
다관능 20 | 블루:레드 3.5/3.5 |
122.1 | 36.7 | 0 | H |
| 비교예 7 | 10000 30 |
단관능 10 | 블루:레드 3.5/3.5 |
136.5 | 28.8 | X | 2H |
표 1을 참조하면 실시예의 경우 차광제 블루와 레드를 혼합하였으며 UV광 투과율 증가로 하부 경화가 향상되어 71.3 내지 93.1°의 패턴 각도, 내용매성을 가지면서, H이상의 양호한 내스크레치성, 용매에 대한 접촉각은 25.7 내지 26.3°로 우수한 격벽 구현 및 물성을 확인하였다.
비교예 1의 블랙 차광제의 경우 블루, 레드에 비해 UV광 차단율이 높아 노광 공정시에 UV 경화 효율이 떨어지게 된다. 그 결과 코팅면 하부가 미경화되어 역테이프 앵글이 형성되어 패턴 각도가 100° 이상으로 상승한다. 또한 블랙 차광제가 많을 경우 표면 경화도 부족으로 내용매성이 불량하게 된다.
비교예 2의 경우 블랙 차광제 1g을 첨가하였다. 내용매성을 가지며 접촉각은 30.6°으로 양호하나 블랙 차광제로 인해 노광 공정 시 UV광 투과율 감소로 하부 미경화가 발생하여 패턴 각도가 110.8°로 상승되서 패턴 각도가 불량함을 확인하였다.
비교예 3의 경우 14,000의 높은 수평균 분자량을 가지는 바인더를 첨가하였다. 바인더의 과도한 분자량 증가에 의해 경화도가 감소되어 내용매성이 불량하며 패턴이 박리되는 것을 확인하였다.
비교예 4의 경우 7,000의 낮은 수평균 분자량을 가지는 바인더를 첨가하였다. 바인더의 분자량 감소에 의한 경화도 감소로 내용매성이 불량하며 패턴이 박리되는 것을 확인하였다.
비교예 5의 경우 실시예 1 대비 다관능 모노머를 첨가하지 않아 가교 밀도 감소에 기인한 표면경화도 저하로 내용매성이 불량하다.
비교예 6의 경우 실시예 1 대비 다관능 모노머를 20g으로 과량 첨가하였다. 분자량 증가에 기인하여 경화속도가 감소하여 하부 미경화가 발생하여 122.1°의 불량한 패턴 각도를 확인하였다.
비교예 7의 경우 실시예 1 대비 단관능 모노머를 사용하였으며, 패턴각도가 136.5°로 불량하고, 내용매성도 불량하였다.
본 발명의 수평균 분자량 약 10,000의 바인더수지와 다관능 모노머, 차광제 블루, 레드가 첨가된 실시예 1에서는 약 90.0° 패턴각도가 측정되어 상대적으로 우수한 형태의 격벽을 구현하였다. 이에, 본 발명의 디스플레이 격벽용 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 사용하여 디스플레이의 격벽을 형성하면, 저온 공정으로 OLED 소자의 열적 손상을 막으면서도 우수한 격벽을 형성하여 안정적인 화소층 분리를 진행할 수 있다.
또한 상기 접촉각의 경우 실시예 1 에서는 약 26.0°로 양호한 접촉각이 측정되었고 내용매성을 확인하였다. 이에 본 발명의 디스플레이 격벽용 저온 경화형 감광성 수지 조성물을 적용하여 디스플레이 격벽을 형성하면서, 잉크에 충분한 내용매성을 보유할 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (8)
- 디스플레이의 칼라필터 격벽을 형성하기 위한 경화성 수지 조성물에 있어서,
바인더 100중량부에 대하여 모노머 20 내지 50중량부 및 차광제 15 내지 40중량부를 포함하며,
상기 차광제는 블루 차광제 및 레드 차광제를 포함하며, 블랙 차광제를 포함하지 않는 수지조성물. - 제1항에서,
상기 바인더의 수평균 분자량은 8,000 내지 12,000 인 수지조성물. - 제1항에서,
상기 바인더는 아크릴레이트에 에폭시기 및 수산기가 치환된 변형 바인더를 포함하는 수지조성물. - 제3항에서,
상기 모노머는,
다관능 모노머로 1종 이상의 알콜기가가 치환된 다관능성 아크릴레이트모노머에 에폭시기, 디메틸프로판 테트라 아크릴레이트, 펜타에틸트리톨 테트라아트릴레이트를 포함하는 수지조성물. - 제4항에서,
상기 블루 차광제 및 레드 차광제의 중량비는 1:0.2 내지 1:5인 수지조성물. - 제4항에서,
상기 모노머는 30 내지 36중량부이며 상기 차광제는 20 내지 30중량부인 수지조성물. - 제6항에서,
광개시제 20 내지 50중량부 및 용매 20 내지 50중량부를 더 포함하는 수지조성물. - 디스플레이 장치에 있어서,
디스플레이 소자;
상기 디스플레이 소자 상에 형성된 컬러필터층을 포함하며,
상기 컬러필터층은,
격벽 형태의 칼라필터 격벽 및
상기 칼라필터 격벽 내에 위치하는 칼라필터를 포함하며,
상기 칼라필터 격벽은 제1항 내지 제7항 중 어느 한항에 따른 수지조성물을 경화하여 얻은 디스플레이 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210139053A KR20230055553A (ko) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 100℃ 이하 저온 경화형 칼라필터 격벽 형성에 관한 수지 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210139053A KR20230055553A (ko) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 100℃ 이하 저온 경화형 칼라필터 격벽 형성에 관한 수지 조성물 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230055553A true KR20230055553A (ko) | 2023-04-26 |
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| KR1020210139053A KR20230055553A (ko) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 100℃ 이하 저온 경화형 칼라필터 격벽 형성에 관한 수지 조성물 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090069136A (ko) | 2007-12-24 | 2009-06-29 | 동우 화인켐 주식회사 | 경화성 수지 조성물, 이를 이용한 화상표시장치 및 화상표시장치의 제조방법 |
-
2021
- 2021-10-19 KR KR1020210139053A patent/KR20230055553A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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