KR101345427B1 - 착색층 형성용 감방사선성 조성물 및 컬러 필터 - Google Patents
착색층 형성용 감방사선성 조성물 및 컬러 필터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, (A) 착색제, (B) 알칼리 가용성 수지, (C) 다관능성 단량체, (D) 광 중합 개시제 및 (E) 용매를 함유하고, (E) 용매가 아세트산시클로헥실을 5 내지 40 중량％ 함유하는 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 제공한다. 이 조성물은 슬릿 노즐 부분에 발생한 건조물의 용매 재용해성이 높으면서, 돌비 구멍의 발생이 매우 적다.
감방사선성 조성물, 착색제, 알칼리 가용성 수지, 다관능성 단량체, 광 중합 개시제, 아세트산시클로헥실
Description
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 (평)2-144502호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 (평)3-53201호 공보
[특허문헌 3] 일본 특허 공개 (평)8-259876호 공보
본 발명은 착색층 형성용 감방사선성 조성물, 착색층의 형성 방법, 컬러 필터 및 컬러 액정 표시 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 투과형 또는 반사형의 컬러 액정 표시 장치, 컬러 촬상관 소자 등에 이용되는 컬러 필터의 제조에 유용한 착색층의 형성에 이용되는 감방사선성 조성물, 상기 감방사선성 조성물을 이용하는 착색층의 형성 방법, 상기 감방사선성 조성물로부터 형성된 착색층을 구비하는 컬러 필터, 및 상기 컬러 필터를 구비하는 컬러 액정 표시 소자에 관한 것이다.
종래, 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 이용하여 컬러 필터를 제조함에 있어서는, 통상적으로 기판 상 또는 미리 원하는 패턴의 차광층을 형성한 기판 상 에 착색층 형성용 감방사선성 조성물의 도막을 형성하고, 원하는 패턴 형상을 갖는 포토마스크를 통해 방사선을 조사(이하, "노광"이라 함)한 후, 현상하여 미노광부를 용해 제거하고, 그 후 클린 오븐이나 핫 플레이트를 이용하여 포스트 베이킹함으로써 각 색의 화소를 얻는 방법이 알려져 있다(일본 특허 공개 (평)2-144502호 공보, 일본 특허 공개 (평)3-53201호 공보 참조). 이와 같은 방법에 의해 컬러 필터를 제조하는 경우, 일반적으로 스핀 방식에 의해 기판 상에 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 도포하고 있지만, 기판의 대형화에 따라, 도포 방식은 슬릿 앤드 스핀 방식이나 스핀리스 방식으로 이행되고 있다.
그러나, 슬릿 앤드 스핀 방식이나 스핀리스 방식에서는 슬릿 노즐을 이용하여 도포를 하기 때문에, 이에 기인한 도포성이나 수율의 문제가 발생하고 있다. 즉, 착색층 형성용 감방사선성 조성물에 의한 슬릿 노즐의 오염을 피할 수 없기 때문에, 슬릿 노즐의 세정 공정이 필요하게 되었다. 이 세정 공정에서는 착색층 형성용 감방사선성 조성물의 주용매로 슬릿 노즐을 세정하는 것이 통상적이지만, 주용매에 대한 용해성이 낮으면, 노즐 부분에 잔류한 착색층 형성용 감방사선성 조성물이 돌기로서 남아, 기판에 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 도포했을 때에 노즐의 진행 방향에 대하여 줄무늬가 발생하는 문제나, 착색층 형성용 감방사선성 조성물의 건조물이 낙하하여 기판에 부착되어 결함이 됨으로써 수율을 저하시키는 문제가 발생한다. 따라서, 착색층 형성용 감방사선성 조성물의 건조물의 용매에 대한 재용해성, 즉 용매 재용해성이 중요해지고 있다.
한편, 착색층 형성용 감방사선성 조성물에 고비점 용매를 병용함으로써 건조 물의 발생을 억제할 수 있지만, 이 경우에는 용매를 충분히 증발시키는 것이 곤란해져, 스티킹의 발생이나 진공 소성 시간이 길어짐에 따른 생산성의 저하를 초래한다. 또한, 고비점 용매의 선택이나 첨가량에 따라서는, 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 도포한 후의 진공 소성 공정에서 용매의 증발 시에 조성물 중에 포함되는 미소한 기포가 도막 표면에 나타나고, 건조 후에도 그대로 크레이터상의 결함(이하, "돌비(突沸) 구멍"이라 함)으로서 남아버리는 문제도 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소함으로써, 슬릿 노즐 부분에 발생한 감방사선성 조성물의 건조물의 용매 재용해성이 높으면서, 돌비 구멍의 발생이 매우 적은 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 상기 감방사선성 조성물을 이용한 착색층의 형성 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 상기 감방사선성 조성물로부터 형성된 착색층을 갖는 컬러 필터 및 상기 컬러 필터를 구비한 액정 표시 소자를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적 및 이점은 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 착색층 형성용 감방사선성 조성물에 사용하는 용매로서 아세트산시클로헥실을 필수 성분으로 하는 용매를 이용함으로써, 감방사선성 조성물의 건조물의 용매 재용해성이 현 저히 개량되고, 또한 돌비 구멍의 형성도 현저히 억제할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 첫째로, (A) 착색제, (B) 알칼리 가용성 수지, (C) 다관능성 단량체, (D) 광 중합 개시제 및 (E) 용매를 함유하고, (E) 용매가 아세트산시클로헥실을 5 내지 40 중량％ 함유하는 것을 특징으로 하는 착색층 형성용 감방사선성 조성물에 의해 달성된다.
본 발명에서 말하는 "착색층"이란, 컬러 필터에 이용되는 화소 및/또는 블랙 매트릭스를 포함하는 층을 의미한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 둘째로, 하기 (1) 내지 (4)의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 착색층의 형성 방법에 의해 달성된다.
(1) 상기 착색층 형성용 감방사선성 조성물의 도막을 기판 상에 형성하는 공정.
(2) 상기 도막의 적어도 일부에 노광하는 공정.
(3) 노광 후의 도막을 현상하는 공정.
(4) 현상 후의 도막을 열처리하는 공정.
본 발명에 따르면, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 셋째로, 상기 착색층 형성용 감방사선성 조성물로부터 형성된 착색층을 구비하여 이루어지는 컬러 필터에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 넷째로, 상기 컬러 필터를 구비하여 이루어지는 컬러 액정 표시 소자에 의해 달성된다.
이하에 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
착색층
형성용
감방사선성
조성물
-(A) 착색제-
본 발명에서의 착색제는 색조가 특별히 한정되는 것은 아니며, 얻어지는 컬러 필터의 용도에 따라 적절히 선정되며, 안료, 염료 또는 천연 색소 중 어느 하나일 수 있다.
컬러 필터에는 고순도이고 고투과성인 발색과 내열성이 요구되기 때문에, 본 발명의 착색제로서는 발색성이 높으면서, 내열분해성이 높은 착색제가 바람직하다. 바람직하게는 유기 안료 및 무기 안료, 특히 바람직하게는 유기 안료 및/또는 카본 블랙이 이용된다.
상기 유기 안료로서는, 예를 들면 컬러 인덱스(C.I.; 더 소사이어티 오브 다이어즈 앤드 컬러리스츠 (The Society of Dyers and Colourists)사 발행)에서 피그먼트(Pigment)로 분류되어 있는 화합물, 구체적으로는 하기와 같은 컬러 인덱스(C.I.) 번호가 부여되어 있는 것을 들 수 있다.
C.I. 피그먼트 옐로우 83, C.I. 피그먼트 옐로우 128, C.I. 피그먼트 옐로우 138, C.I. 피그먼트 옐로우 139, C.I. 피그먼트 옐로우 150, C.I. 피그먼트 옐로우 151, C.I. 피그먼트 옐로우 152, C.I. 피그먼트 옐로우 153, C.I. 피그먼트 옐로우 154, C.I. 피그먼트 옐로우 155, C.I. 피그먼트 옐로우 156, C.I. 피그먼트 옐로우 166, C.I. 피그먼트 옐로우 168, C.I. 피그먼트 옐로우 175, C.I. 피그먼트 옐로우 185;
C.I. 피그먼트 바이올렛 19, C.I. 피그먼트 바이올렛 23, C.I. 피그먼트 바이올렛 29, C.I. 피그먼트 바이올렛 32, C.I. 피그먼트 바이올렛 36, C.I. 피그먼트 바이올렛 38;
C.I. 피그먼트 레드 177, C.I. 피그먼트 레드 202, C.I. 피그먼트 레드 206, C.I. 피그먼트 레드 207, C.I. 피그먼트 레드 208, C.I. 피그먼트 레드 209, C.I. 피그먼트 레드 215, C.I. 피그먼트 레드 216, C.I. 피그먼트 레드 220, C.I. 피그먼트 레드 224, C.I. 피그먼트 레드 226, C.I. 피그먼트 레드 242, C.I. 피그먼트 레드 243, C.I. 피그먼트 레드 245, C.I. 피그먼트 레드 254, C.I. 피그먼트 레드 255, C.I. 피그먼트 레드 264, C.I. 피그먼트 레드 265;
C.I. 피그먼트 블루 15, C.I. 피그먼트 블루 15:3, C.I. 피그먼트 블루 15:4, C.I. 피그먼트 블루 15:6, C.I. 피그먼트 블루 60;
C.I. 피그먼트 그린 7, C.I. 피그먼트 그린 36;
C.I. 피그먼트 블랙 1, C.I. 피그먼트 블랙 7.
상기 유기 안료는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 유기 안료는, 예를 들면 황산 재결정법, 용제 세정법 또는 이들의 조합 등에 의해 정제하여 사용할 수 있다.
또한, 무기 안료로서는, 예를 들면 산화티탄, 황산바륨, 탄산칼슘, 산화아연, 황산납, 황색납, 아연황, 철단(적색 산화철(III)), 카드뮴적, 군청, 감청, 산화크롬녹, 코발트녹, 엄버, 티탄 블랙, 합성 철흑, 카본 블랙 등을 들 수 있다.
이들 무기 안료는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서의 착색층 형성용 감방사선성 조성물이 화소를 형성하기 위해 이용되는 경우에는, 바람직하게는 착색제로서 1종 이상의 유기 안료가 사용되며, 또한 블랙 매트릭스를 형성하기 위해 이용되는 경우에는, 바람직하게는 착색제로서 2종 이상의 유기 안료 및/또는 카본 블랙이 사용된다.
블랙 매트릭스의 형성에 사용되는 카본 블랙으로서는, 예를 들면 SAF, SAF-HS, ISAF, ISAF-LS, ISAF-HS, HAF, HAF-LS, HAF-HS, NAF, FEF, FEF-HS, SRF, SRF-LM, SRF-LS, GPF, ECF, N-339, N-351 등의 퍼니스 블랙; FT, MT 등의 서멀 블랙; 아세틸렌 블랙 등을 들 수 있다.
이들 카본 블랙은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 각 안료는 원한다면 그의 입자 표면을 중합체로 개질하여 사용할 수 있다. 안료의 입자 표면을 개질하는 중합체로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 (평)8-259876호 공보 등에 기재된 중합체나, 시판되는 각종 안료 분산용 중합체 또는 올리고머 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명에서의 착색제는 원한다면 분산제와 함께 사용할 수 있다.
상기 분산제로서는, 예를 들면 양이온계, 음이온계, 비이온계, 양쪽성, 실리콘계, 불소계 등의 계면활성제를 들 수 있다.
상기 계면활성제의 구체예로서는, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬에테르; 폴리옥시에틸렌 n-옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 n-노닐페닐에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르; 폴리에틸렌글리콜디라우레이트, 폴리에틸렌글리콜디스테 아레이트 등의 폴리에틸렌글리콜디에스테르; 소르비탄 지방산 에스테르; 지방산 변성 폴리에스테르; 3급 아민 변성 폴리우레탄; 폴리에틸렌이민류 등 외에, 이하 상품명으로, KP(신에쯔 가가꾸 고교(주) 제조), 폴리플로우(교에이샤 가가꾸(주) 제조), 에프톱(토켐 프로덕츠사 제조), 메가팩(다이닛본 잉크 가가꾸 고교(주) 제조), 플로라드(스미또모 쓰리엠(주) 제조), 아사히가드, 서프론(이상, 아사히 가라스(주) 제조), 디스퍼빅(Disperbyk)-101, 동 103, 동 107, 동 110, 동 111, 동 115, 동 130, 동 160, 동 161, 동 162, 동 163, 동 164, 동 165, 동 166, 동 170, 동 180, 동 182, 동 2000, 동 2001(이상, 빅케미 재팬(주) 제조), 솔스파스 S5000, 동 S12000, 동 S13240, 동 S13940, 동 S17000, 동 S20000, 동 S22000, 동 S24000, 동 S24000GR, 동 S26000, 동 S27000, 동 S28000(이상, 아비시아(주) 제조), 에프카(EFKA) 46, 동 47, 동 48, 동 745, 동 4540, 동 4550, 동 6750, 에프카 LP4008, 동 4009, 동 4010, 동 4015, 동 4050, 동 4055, 동 4560, 동 4800, 에프카 폴리머(EFKA Polymer) 400, 동 401, 동 402, 동 403, 동 450, 동 451, 동 453(이상, 에프카 케미컬즈(주) 제조) 등을 들 수 있다.
이들 계면활성제는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
계면활성제의 사용량은 착색제 100 중량부에 대하여 바람직하게는 50 중량부 이하, 보다 바람직하게는 0 내지 30 중량부이다.
본 발명에 있어서, 감방사선성 수지 조성물은 적절한 방법에 의해 제조할 수 있다. 착색제로서 안료를 이용하는 경우, 상기 안료를 용매 중에서 분산제의 존재하에, 경우에 따라 후술하는 (B) 알칼리 가용성 수지와 함께, 예를 들면 비드 밀, 롤 밀 등을 이용하여 분쇄하면서 혼합·분산하여 안료 분산액으로 만들고, 이를 후술하는 (B) 내지 (E) 성분 등과 혼합함으로써 제조하는 것이 바람직하다.
안료 분산액을 제조할 때의 분산제의 사용량은 안료 100 중량부에 대하여 바람직하게는 100 중량부 이하, 보다 바람직하게는 0.5 내지 100 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 70 중량부, 특히 바람직하게는 10 내지 50 중량부이다. 분산제의 사용량이 100 중량부를 초과하면, 현상성 등이 손상될 우려가 있다.
또한, 안료 분산액을 제조할 때에 사용되는 용매로서는, 예를 들면 후술하는 (E) 용매와 동일한 것을 들 수 있고, 안료 분산액의 제조에 사용되는 용매는 최종적인 착색층 형성용 감방사선성 조성물의 제조 단계에서 상기 안료 분산액에 첨가되는 용매와 동일하거나 상이할 수 있다.
안료 분산액을 제조할 때의 용매의 사용량은 안료 100 중량부에 대하여 바람직하게는 500 내지 1,000 중량부, 보다 바람직하게는 700 내지 900 중량부이다.
안료 분산액의 제조 시에 비드 밀을 이용하여 제조할 때에는, 예를 들면 직경 0.5 내지 10 ㎜ 정도의 유리 비드나 티타니아 비드 등을 사용하고, 안료, 용매 및 분산제를 포함하는 안료 혼합액을 바람직하게는 냉각수 등으로 냉각하면서 혼합·분산함으로써 실시할 수 있다.
이 경우, 비드의 충전율은 바람직하게는 밀 용량의 50 내지 80％이다. 안료 혼합액의 주입량은 바람직하게는 밀 용량의 20 내지 50％ 정도이다. 또한 처리 시간은 바람직하게는 2 내지 50 시간, 보다 바람직하게는 2 내지 25 시간이다.
또한, 안료 분산액을 롤 밀을 이용하여 제조할 때에는, 예를 들면 3개 롤 밀 이나 2개 롤 밀 등을 사용하고, 안료 혼합액을 바람직하게는 냉각수 등으로 냉각하면서 처리함으로써 실시할 수 있다.
이 경우, 롤 간격은 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 전단력은 바람직하게는 108 dyn/초 정도이다. 또한 처리 시간은 바람직하게는 2 내지 50 시간, 보다 바람직하게는 2 내지 25 시간이다.
-(B) 알칼리 가용성 수지-
본 발명에서의 알칼리 가용성 수지로서는, (A) 착색제에 대하여 결합제로서 작용하면서, 컬러 필터를 제조할 때에 그 현상 처리 공정에서 이용되는 현상액, 특히 바람직하게는 알칼리 현상액에 대하여 가용성을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 카르복실기, 페놀성 수산기, 술폰산 등의 산성 관능기를 갖는 중합성 불포화 단량체와 다른 공중합 가능한 불포화 단량체(이하, "공중합성 불포화 단량체"라 함)와의 공중합체를 바람직한 것으로서 들 수 있다.
카르복실기를 갖는 중합성 불포화 단량체(이하, "카르복실기 함유 불포화 단량체"라 함)로서는, 예를 들면 (메트)아크릴산, 크로톤산, α-클로로아크릴산, 신남산 등의 불포화 모노카르복실산;
말레산, 무수 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 무수 이타콘산, 시트라콘산, 무수 시트라콘산, 메사콘산 등의 불포화 디카르복실산 또는 그의 무수물;
3가 이상의 불포화 다가 카르복실산 또는 그의 무수물;
숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸], 프탈산 모노[2-(메트)아크릴로일 옥시에틸] 등의 2가 이상의 다가 카르복실산의 모노[(메트)아크릴로일옥시알킬]에스테르;
ω-카르복시폴리카프로락톤 모노(메트)아크릴레이트 등의 양쪽 말단에 카르복실기와 수산기를 갖는 중합체의 모노(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
이들 카르복실기 함유 불포화 단량체 중, 특히 (메트)아크릴산, 숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸], ω-카르복시폴리카프로락톤 모노(메트)아크릴레이트 등이 바람직하다.
상기 카르복실기 함유 불포화 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 페놀성 수산기를 갖는 중합성 불포화 단량체로서는, 예를 들면 o-히드록시스티렌, m-히드록시스티렌, p-히드록시스티렌, o-히드록시-α-메틸스티렌, m-히드록시-α-메틸스티렌, p-히드록시-α-메틸스티렌, N-o-히드록시페닐말레이미드, N-m-히드록시페닐말레이미드, N-p-히드록시페닐말레이미드 등을 들 수 있다.
이들 페놀성 수산기를 갖는 중합성 불포화 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 술폰산기를 갖는 중합성 불포화 단량체로서는, 예를 들면 이소프렌술폰산, p-스티렌술폰산 등을 들 수 있다.
이들 술폰산기를 갖는 중합성 불포화 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
다음으로, 공중합성 불포화 단량체로서는, 예를 들면 폴리스티렌, 폴리메틸 (메트)아크릴레이트, 폴리-n-부틸(메트)아크릴레이트, 폴리실록산 등의 중합체 분자쇄의 말단에 모노(메트)아크릴로일기를 갖는 거대 단량체(이하, 간단히 "거대 단량체"라 함);
N-페닐말레이미드, N-o-메틸페닐말레이미드, N-m-메틸페닐말레이미드, N-p-메틸페닐말레이미드, N-o-메톡시페닐말레이미드, N-m-메톡시페닐말레이미드, N-p-메톡시페닐말레이미드 등의 N-(치환)아릴말레이미드, 또는 N-시클로헥실말레이미드 등의 N-위치 치환 말레이미드;
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 등의 방향족 비닐 화합물;
인덴, 1-메틸인덴 등의 인덴;
메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, n-프로필(메트)아크릴레이트, i-프로필(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, i-부틸(메트)아크릴레이트, sec-부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 3-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 2-히드록시부틸(메트)아크릴레이트, 3-히드록시부틸(메트)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메트)아크릴레이트, 알릴(메트)아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 페닐(메트)아크릴레이트, 2-메톡시에틸(메트)아크릴레이트, 2-페녹시에틸(메트)아크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 메톡시프로필렌글리콜(메트)아크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트, 디시클로펜타디에닐(메트)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필(메트)아크릴레이트, 글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 에스테르;
2-아미노에틸(메트)아크릴레이트, 2-디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트, 2-아미노프로필(메트)아크릴레이트, 2-디메틸아미노프로필아크릴레이트, 3-아미노프로필(메트)아크릴레이트, 3-디메틸아미노프로필(메트)아크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 아미노알킬에스테르;
글리시딜(메트)아크릴레이트 등의 불포화 카르복실산 글리시딜 에스테르;
아세트산비닐, 프로피온산비닐, 부티르산비닐, 벤조산비닐 등의 카르복실산비닐 에스테르;
비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르, 알릴글리시딜에테르 등의 불포화 에테르;
(메트)아크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴, 시안화 비닐리덴 등의 시안화 비닐 화합물;
(메트)아크릴아미드, α-클로로아크릴아미드, N-2-히드록시에틸(메트)아크릴아미드 등의 불포화 아미드;
1,3-부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌 등의 지방족 공액 디엔 등을 들 수 있다.
이들 공중합성 불포화 단량체 중, 거대 단량체, N－위치 치환 말레이미드, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트, 글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 등이 바람직하다. 또한, 거대 단량체 중에서는 폴리스티렌 거대 단량체, 폴리메틸(메트)아크릴레이트 거대 단량체가 특히 바람직하고, N－위치 치환 말레이미드 중에서는 N-페닐말레이미드, N-시클로헥실말레이미드가 특히 바람직하다.
상기 공중합성 불포화 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 알칼리 가용성 수지로서는, 예를 들면 카르복실기 함유 불포화 단량체와 공중합성 불포화 단량체와의 공중합체(이하, 간단히 "카르복실기 함유 공중합체"라 함)를 들 수 있다.
카르복실기 함유 공중합체로서는, (a) 카르복실기 함유 불포화 단량체와, (b) 폴리스티렌 거대 단량체, 폴리메틸(메트)아크릴레이트 거대 단량체, N-페닐말레이미드, N-시클로헥실말레이미드, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트 및 글리세롤(메트)아크릴레이트의 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하고, (c) 경우에 따라 스티렌, α-메틸스티렌, 메틸(메트)아크릴레이트, 알릴(메트)아크릴레이트 및 페닐(메트)아크릴레이트의 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 함유하는 단량체 혼합물의 공중합체(이하, "카르복실기 함유 공중합체(I)"이라 함)가 바람직하다. 그 중, (a) (메트)아크릴산을 필수 성분으로 하고, 경우에 따라 숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸] 및/또는 ω-카르복시폴리카프로락톤 모노(메트)아크릴레이트를 추가로 함유하는 카르복실기 함유 불포화 단량체와, (b) 폴리스티렌 거대 단량체, 폴리메틸(메트)아크릴레이트 거대 단량체, N-페닐말레이미드, N-시클로헥실말레이미드, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트 및 글리세롤(메트)아크릴레이트의 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하고, (c) 경우에 따라 스티렌, α-메틸스티렌, 메틸(메트)아크릴레이트, 알릴(메트)아크릴레이트 및 페닐(메트)아크릴레이트의 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 함유하는 단량체 혼합물의 공중합체(이하, "카르복실기 함유 공중합체(II)"라 함)가 특히 바람직하다.
카르복실기 함유 공중합체(II)의 구체예로서는,
(메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/스티렌/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/페닐(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/벤질(메트)아크릴레이트/글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/벤질(메트)아크릴레이트/폴리스티렌 거대 단량체 공중합체,
(메트)아크릴산/벤질(메트)아크릴레이트/폴리메틸(메트)아크릴레이트 거대 단량체 공중합체,
(메트)아크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/N-페닐말레이미드/α-메틸스티렌/벤질(메트)아크릴레이트,
(메트)아크릴산/N-시클로헥실말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/N-시클로헥실말레이미드/α-메틸스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/벤질(메트)아크릴레이트/폴리스티렌 거대 단량체 공중합체,
(메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/벤질(메트)아크릴레이트/폴리메틸(메트)아크릴레이트 거대 단량체 공중합체,
(메트)아크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트/글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/페닐(메트)아크릴레이트/폴리스티렌 거대 단량체 공중합체,
(메트)아크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/페닐(메트)아크릴레이트/폴리메틸메타크릴레이트 거대 단량체 공중합체,
(메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/벤질(메트)아크릴레이트/글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/N-페닐말레이미드/스티렌/알릴(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/N-페닐말레이미드 /스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/N-시클로헥실말레이미드/스티렌/알릴(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/N-시클로헥실말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체,
(메트)아크릴산/ω-카르복시폴리카프로락톤 모노(메트)아크릴레이트/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트/글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 공중합체 등을 들 수 있다.
카르복실기 함유 공중합체에서의 카르복실기 함유 불포화 단량체의 공중합 비율은 바람직하게는 5 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 10 내지 40 중량％이다. 카르복실기 함유 불포화 단량체의 공중합 비율이 5 중량％ 미만이면, 얻어지는 감방사선성 조성물의 알칼리 현상액에 대한 용해성이 저하되는 경향이 있고, 한편 50 중량％를 초과하면, 알칼리 현상액에 대한 용해성이 과대해져, 알칼리 현상액에 의해 현상할 때에 착색층의 기판으로부터의 탈락이나 착색층 표면의 막 거칠음을 초래하기 쉬워지는 경향이 있다.
본 발명에서의 알칼리 가용성 수지의 겔 투과 크로마토그래피(GPC, 용출용매: 테트라히드로푸란)로 측정한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량(이하, "Mw"라 함)은 바람직하게는 3,000 내지 300,000, 더욱 바람직하게는 3,000 내지 100,000이다.
또한, 본 발명에서의 알칼리 가용성 수지의 겔 투과 크로마토그래피(GPC, 용 출 용매: 테트라히드로푸란)로 측정한 폴리스티렌 환산 수 평균 분자량(이하, "Mn"이라 함)은 바람직하게는 3,000 내지 60,000, 더욱 바람직하게는 3,000 내지 25,000이다.
또한, 본 발명에서의 알칼리 가용성 수지의 Mw와 Mn의 비(Mw/Mn)는 바람직하게는 1 내지 5, 보다 바람직하게는 1 내지 4이다.
이러한 특정한 Mw 또는 Mn을 갖는 알칼리 가용성 수지를 사용함으로써, 현상성이 우수한 착색층 형성용 감방사선성 조성물이 얻어지고, 그에 따라 샤프한 패턴 단부를 갖는 착색층을 형성할 수 있는 동시에, 현상 시에 미노광부의 기판 상 및 차광층 상에 잔사, 바탕 오염, 막 잔여물 등이 발생하기 어려워진다.
본 발명에 있어서, 알칼리 가용성 수지는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서의 알칼리 가용성 수지의 사용량은 (A) 착색제 100 중량부에 대하여 바람직하게는 10 내지 1,000 중량부, 보다 바람직하게는 20 내지 500 중량부이다. 알칼리 가용성 수지의 사용량이 10 중량부 미만이면, 예를 들면 얻어지는 감방사선성 조성물의 알칼리 현상성이 저하되거나, 미노광부의 기판 상 또는 차광층 상에 바탕 오염이나 막 잔여물이 발생할 우려가 있고, 한편 1,000 중량부를 초과하면, 상대적으로 착색제 농도가 저하되기 때문에, 박막으로서 목적으로 하는 색 농도를 달성하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
-(C) 다관능성 단량체-
본 발명에서의 다관능성 단량체는 2개 이상의 중합성 불포화 결합을 갖는 단 량체이다.
다관능성 단량체로서는, 예를 들면 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 알킬렌글리콜의 디(메트)아크릴레이트;
폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜의 디(메트)아크릴레이트;
글리세린, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 등의 3가 이상의 다가 알코올의 폴리(메트)아크릴레이트 또는 이들의 디카르복실산 변성물;
폴리에스테르, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 알키드 수지, 실리콘 수지, 스피란 수지 등의 올리고(메트)아크릴레이트;
양쪽 말단 히드록시폴리-1,3-부타디엔, 양쪽 말단 히드록시폴리이소프렌, 양쪽 말단 히드록시폴리카프로락톤 등의 양쪽 말단 히드록실화 중합체의 디(메트)아크릴레이트 또는
트리스[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]포스페이트 등을 들 수 있다.
이들 다관능성 단량체 중에서 3가 이상의 다가 알코올의 폴리(메트)아크릴레이트 또는 이들의 디카르복실산 변성물, 구체적으로는 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트 등이 바람직하다. 그 중, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트가 특히 바람직하다. 이들은 착색층 강도가 높고, 착색층 표면의 평활성이 우수 하면서, 미노광부의 기판 상 및 차광층 상에 바탕 오염, 막 잔여물 등이 발생하기 어려운 점에서 바람직하다.
본 발명에 있어서, 다관능성 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서의 다관능성 단량체의 사용량은 (B) 알칼리 가용성 수지 100 중량부에 대하여 바람직하게는 5 내지 500 중량부, 보다 바람직하게는 20 내지 300 중량부이다. 다관능성 단량체의 사용량이 5 중량부 미만이면, 착색층의 강도나 표면 평활성이 저하되는 경향이 있고, 한편 500 중량부를 초과하면, 예를 들면 얻어지는 감방사선성 조성물의 알칼리 현상성이 저하되거나, 미노광부의 기판 상 또는 차광층 상에 바탕 오염, 막 잔여물 등이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.
본 발명에서는 다관능성 단량체와 함께 1개의 중합성 불포화 결합을 갖는 단관능성 단량체를 병용할 수도 있다.
상기 단관능성 단량체로서는, 예를 들면 상기 (B) 알칼리 가용성 수지에 대하여 예시한 카르복실기 함유 불포화 단량체, 공중합성 불포화 단량체나, N-비닐숙신이미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐프탈이미드, N-비닐-2-피페리돈, N-비닐-ε-카프로락탐, N-비닐피롤, N-비닐피롤리딘, N-비닐이미다졸, N-비닐이미다졸리딘, N-비닐인돌, N-비닐인돌린, N-비닐벤즈이미다졸, N-비닐카르바졸, N-비닐피페리딘, N-비닐피페라진, N-비닐모르폴린, N-비닐페녹사진 등의 N-비닐 유도체; N-(메트)아크릴로일모르폴린 외에, 시판품으로서 상품명으로 M-5300, M-5400, M-5600(이상, 도아 고세이(주) 제조) 등을 들 수 있다.
이들 단관능성 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
단관능성 단량체의 사용 비율은 다관능성 단량체와 단관능성 단량체의 합계에 대하여 바람직하게는 90 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 50 중량％ 이하이다. 단관능성 단량체의 사용 비율이 90 중량％를 초과하면, 착색층의 강도나 표면 평활성이 저하되는 경향이 있다.
-(D) 광 중합 개시제-
본 발명에서의 광 중합 개시제는 가시광선, 자외선, 원자외선, 전자선, X선 등의 노광에 의해, 상기 (C) 다관능성 단량체 및 경우에 따라 사용되는 단관능성 단량체의 중합을 개시할 수 있는 활성종을 발생할 수 있는 화합물이다.
이러한 광 중합 개시제로서는, 예를 들면 아세토페논계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조인계 화합물, 벤조페논계 화합물, α-디케톤계 화합물, 다핵 퀴논계 화합물, 크산톤계 화합물, 디아조계 화합물 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 광 중합 개시제는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서의 광 중합 개시제로서는 상기 중에서 아세토페논계 화합물, 비이미다졸계 화합물 및 트리아진계 화합물의 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하다.
본 발명에서의 광 중합 개시제의 사용량은 (C) 다관능성 단량체 또는 이와 단관능성 단량체의 합계 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 80 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 60 중량부이다. 광 중합 개시제의 사용량이 0.01 중량 부 미만이면, 노광에 의한 경화가 불충분해지고, 착색층 패턴이 소정 배열에 따라서 배치된 컬러 필터를 얻는 것이 곤란해질 우려가 있고, 한편 80 중량부를 초과하면, 형성된 착색층이 현상 시에 기판으로부터 탈락되기 쉬워지는 경향이 있다.
본 발명에서의 바람직한 광 중합 개시제 중, 아세토페논계 화합물의 구체예로서는, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온, 1-히드록시시클로헥실 페닐케톤, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 1,2-옥탄디온-1-[4-(페닐티오)페닐]-2-(O-벤조일옥심) 등을 들 수 있다.
이들 아세토페논계 화합물 중, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온, 1,2-옥탄디온-1-[4-(페닐티오)페닐]-2-(O-벤조일옥심) 등이 바람직하다.
상기 아세토페논계 화합물은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 광 중합 개시제로서 아세토페논계 화합물을 사용하는 경우의 사용량은 (C) 다관능성 단량체 또는 이와 단관능성 단량체의 합계 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 80 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 60 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 30 중량부이다. 아세토페논계 화합물의 사용량이 0.01 중량부 미만이면, 노광에 의한 경화가 불충분해지고, 착색층 패턴이 소정 배열에 따라서 배치된 컬러 필터를 얻는 것이 곤란해질 우려가 있고, 한편 80 중량부를 초과하면, 형성된 착색층이 현상 시에 기판으로부터 탈락되기 쉬워지는 경향이 있다.
또한, 상기 비이미다졸계 화합물의 구체예로서는, 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라키스(4-에톡시카르보닐페닐)-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2-브로모페닐)-4,4',5,5'-테트라키스(4-에톡시카르보닐페닐)-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2,4-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2,4,6-트리클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2-브로모페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2,4-디브로모페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2,4,6-트리브로모페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸 등을 들 수 있다.
이들 비이미다졸계 화합물 중, 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2,4-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2,4,6-트리클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸 등이 바람직하고, 특히 2,2'-비스(2,4-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸이 바람직하다.
상기 비이미다졸계 화합물은 용제에 대한 용해성이 우수하고, 미용해물, 석출물 등의 이물질이 생기지 않고, 게다가 감도가 높고, 적은 에너지량의 노광에 의해 경화 반응을 충분히 진행시키는 동시에, 콘트라스트가 높고, 미노광부에서 경화 반응이 발생하지 않는다. 그 때문에, 노광 후의 도막은 현상액에 대하여 불용성인 경화 부분과, 현상액에 대하여 높은 용해성을 갖는 미경화 부분으로 명확히 구분되 며, 이에 따라 언더 컷트가 없는 착색층 패턴이 소정 배열에 따라 배치된 고정밀한 컬러 필터를 형성할 수 있다. 상기 비이미다졸계 화합물은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 광 중합 개시제로서 비이미다졸계 화합물을 사용하는 경우의 사용량은 (C) 다관능성 단량체 또는 이와 단관능성 단량체와의 합계 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 40 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 30 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량부이다. 비이미다졸계 화합물의 사용량이 0.01 중량부 미만이면, 노광에 의한 경화가 불충분해지고, 착색층 패턴이 소정 배열에 따라 배치된 컬러 필터를 얻는 것이 곤란해질 우려가 있고, 한편 40 중량부를 초과하면, 현상할 때에, 형성된 착색층의 기판으로부터의 탈락이나 착색층 표면의 막 거칠음을 초래하기 쉬워지는 경향이 있다.
본 발명에서는 광 중합 개시제로서 비이미다졸계 화합물을 이용하는 경우, 하기의 수소 공여체를 병용하는 것이 감도를 더욱 개량할 수 있는 점에서 바람직하다.
여기서 말하는 "수소 공여체"란 노광에 의해 비이미다졸계 화합물로부터 발생한 라디칼에 대하여 수소 원자를 공여할 수 있는 화합물을 의미한다.
본 발명의 수소 공여체로서는 하기에서 정의하는 메르캅탄계 화합물, 아민계 화합물이 바람직하다.
상기 메르캅탄계 화합물은 벤젠환 또는 복소환을 모핵으로 하고, 상기 모핵에 직접 결합된 메르캅토기를 1개 이상, 바람직하게는 1 내지 3개, 더욱 바람직하 게는 1 내지 2개 갖는 화합물(이하, "메르캅탄계 수소 공여체"라 함)이다.
상기 아민계 화합물은 벤젠환 또는 복소환을 모핵으로 하고, 상기 모핵에 직접 결합된 아미노기를 1개 이상, 바람직하게는 1 내지 3개, 더욱 바람직하게는 1 내지 2개 갖는 화합물(이하, "아민계 수소 공여체"라 함)이다.
한편, 이들 수소 공여체는 메르캅토기와 아미노기를 동시에 가질 수도 있다.
이하, 이들 수소 공여체에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
메르캅탄계 수소 공여체는 벤젠환 또는 복소환을 각각 1개 이상 가질 수 있고, 또한 벤젠환과 복소환 모두를 가질 수 있다. 이들 환을 2개 이상 갖는 경우, 축합환을 형성할 수도 있고, 형성하지 않을 수도 있다.
또한, 메르캅탄계 수소 공여체는 메르캅토기를 2개 이상 갖는 경우, 1개 이상의 유리 메르캅토기가 잔존하는 한, 나머지 메르캅토기 중 1개 이상이 알킬기, 아랄킬기 또는 아릴기로 치환될 수 있다. 또한, 1개 이상의 유리 메르캅토기가 잔존하는 한, 2개의 황 원자가 알킬렌기 등의 2가의 유기기를 개재하여 결합된 구조 단위, 또는 2개의 황 원자가 디술피드 형태로 결합된 구조 단위를 가질 수 있다.
또한, 메르캅탄계 수소 공여체는 메르캅토기 이외의 부분에서 카르복실기, (치환) 알콕시카르보닐기, (치환) 페녹시카르보닐기, 니트릴기 등에 의해 치환될 수도 있다.
이러한 메르캅탄계 수소 공여체의 구체예로서는, 2-메르캅토벤조티아졸, 2-메르캅토벤조옥사졸, 2-메르캅토벤조이미다졸, 2,5-디메르캅토-1,3,4-티아디아졸, 2-메르캅토-2,5-디메틸아미노피리딘 등을 들 수 있다.
이들 메르캅탄계 수소 공여체 중, 2-메르캅토벤조티아졸, 2-메르캅토벤조옥사졸 등이 바람직하고, 특히 2-메르캅토벤조티아졸이 바람직하다.
아민계 수소 공여체는 벤젠환 또는 복소환을 각각 1개 이상 가질 수 있고, 또한 벤젠환과 복소환 모두를 가질 수 있다. 이들 환을 2개 이상 갖는 경우, 축합환을 형성할 수도 있고, 형성하지 않을 수도 있다.
또한, 아민계 수소 공여체는 아미노기 중 1개 이상이 알킬기 또는 치환 알킬기로 치환될 수 있고, 또한 아미노기 이외의 부분에서 카르복실기, (치환) 알콕시카르보닐기, (치환) 페녹시카르보닐기, 니트릴기 등에 의해 치환될 수도 있다.
이러한 아민계 수소 공여체의 구체예로서는, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4-디에틸아미노아세토페논, 4-디메틸아미노프로피오페논, 에틸-4-디메틸아미노벤조에이트, 4-디메틸아미노벤조산, 4-디메틸아미노벤조니트릴 등을 들 수 있다.
이들 아민계 수소 공여체 중, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논 등이 바람직하고, 특히 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논이 바람직하다.
한편, 아민계 수소 공여체는 비이미다졸계 화합물 이외의 광 중합 개시제의 경우에 있어서도 증감제로서의 작용을 갖는 것이다.
본 발명에 있어서, 수소 공여체는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있지만, 1종 이상의 메르캅탄계 수소 공여체와 1종 이상의 아민계 수소 공여체를 조합하여 사용하는 것이, 고감도이고, 형성된 착색층이 현상 시에 기판으로부 터 탈락되기 어렵고, 또한 착색층의 강도도 높은 점에서 바람직하다.
메르캅탄계 수소 공여체와 아민계 수소 공여체의 바람직한 조합의 구체예로서는, 2-메르캅토벤조티아졸/4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 2-메르캅토벤조티아졸/4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 2-메르캅토벤조옥사졸/4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 2-메르캅토벤조옥사졸/4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논 등을 들 수 있다. 더욱 바람직한 조합은 2-메르캅토벤조티아졸/4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 2-메르캅토벤조옥사졸/4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논 등이고, 특히 바람직한 조합은 2-메르캅토벤조티아졸/4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논이다.
메르캅탄계 수소 공여체와 아민계 수소 공여체의 조합에서의 메르캅탄계 수소 공여체와 아민계 수소 공여체의 중량비는 바람직하게는 1:1 내지 1:4, 보다 바람직하게는 1:1 내지 1:3이다.
본 발명에 있어서, 수소 공여체를 비이미다졸계 화합물과 병용하는 경우의 사용량은 (C) 다관능성 단량체 또는 이와 단관능성 단량체와의 합계 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 40 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 30 중량부, 특히 바람직하게는 1 내지 20 중량부이다. 수소 공여체의 사용량이 0.01 중량부 미만이면, 감도의 개량 효과가 저하되는 경향이 있고, 한편 40 중량부를 초과하면, 형성된 착색층이 현상 시에 기판으로부터 탈락되기 쉬워지는 경향이 있다.
또한, 상기 트리아진계 화합물의 구체예로서는, 2,4,6-트리스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-메틸-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(5-메틸푸란-2-일)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(푸란-2-일)에테닐]- 4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(4-디에틸아미노-2-메틸페닐)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(3,4-디메톡시페닐)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(4-메톡시페닐)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(4-에톡시스티릴)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(4-n-부톡시페닐)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진 등의 할로메틸기를 갖는 트리아진계 화합물을 들 수 있다.
이들 트리아진계 화합물 중, 특히 2-[2-(3,4-디메톡시페닐)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진이 바람직하다.
상기 트리아진계 화합물은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 광 중합 개시제로서 트리아진계 화합물을 사용하는 경우의 사용량은 (C) 다관능성 단량체 또는 이와 단관능성 단량체와의 합계 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 40 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 30 중량부, 특히 바람직하게는 1 내지 20 중량부이다. 트리아진계 화합물의 사용량이 0.01 중량부 미만이면, 노광에 의한 경화가 불충분해지고, 착색층 패턴이 소정 배열에 따라 배치된 컬러 필터를 얻는 것이 곤란해질 우려가 있고, 한편 40 중량부를 초과하면, 형성된 착색층이 현상 시에 기판으로부터 탈락되기 쉬워지는 경향이 있다.
-(E) 용매-
본 발명에서의 용매는 아세트산시클로헥실을 필수 성분으로 한다.
용매 중의 아세트산시클로헥실의 함유 비율은 5 내지 40 중량％이고, 바람직하게는 15 내지 35 중량％, 특히 바람직하게는 20 내지 30 중량％이다. 아세트산시클로헥실의 함유 비율이 너무 적으면, 감방사선성 조성물의 건조물이나 돌비 구멍 발생의 억제 효과가 저하될 우려가 있고, 한편 너무 많으면, 용매로서의 용해력이 저하되어 불용물이 석출되기 쉬워질 우려가 있다.
본 발명의 용매는 아세트산시클로헥실 이외의 용매(이하, "다른 용매"라 함)를 60 내지 95 중량％, 바람직하게는 65 내지 85 중량％, 특히 바람직하게는 70 내지 80 중량％ 함유하고 있다.
다른 용매로서는 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 구성하는 (A) 내지 (D) 성분이나 첨가제 성분을 분산 또는 용해시키면서, 이들 성분과 반응하지 않고 적절한 휘발성을 갖는 것인 한, 적당히 선택하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 비점 150 ℃ 미만, 보다 바람직하게는 130 ℃ 이상 150 ℃ 미만의 용매(이하, "저비점 용매"라 함)를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 말하는 "비점"이란 1 기압에서의 값을 의미한다.
저비점 용매의 구체예로서는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 2-헵타논, 아세트산 n-부틸, 아세트산 i-부틸, 아세트산 i-펜틸, 부티르산에틸, 부티르산 n-프로필, 부티르산 i-프로필, 피루브산에틸 등을 들 수 있다.
이들 저비점 용매 중, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 2-헵타논, 아세트산 i-펜틸, 피루브산에틸 등이 바람직하고, 특히 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트가 바람직하다.
상기 저비점 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
용매 중의 저비점 용매의 함유 비율은 바람직하게는 10 내지 60 중량％, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 중량％, 특히 바람직하게는 20 내지 45 중량％이다. 저비점 용매의 함유 비율이 너무 적으면, 스티킹 발생이나 진공 소성 시간이 길어짐에 따른 생산성 저하를 초래할 우려가 있고, 한편 너무 많으면, 감방사선성 조성물의 건조물 발생 억제 효과가 불충분해질 우려가 있다.
본 발명에 있어서, 다른 용매는 바람직하게는 비점 150 ℃ 이상 180 ℃ 미만, 보다 바람직하게는 155 ℃ 이상 180 ℃ 미만의 용매(단, 아세트산시클로헥실을 제외함)(이하, "중비점 용매"라 함)를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
중비점 용매의 구체예로서는, 에틸렌글리콜모노-n-부틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 3-메톡시부틸아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 시클로헥사논, 3-에톡시프로피온산에틸, 부티르산 n-부틸, 아세토아세트산메틸 등을 들 수 있다.
이들 중비점 용매 중, 에틸렌글리콜모노-n-부틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 3-메톡시부틸아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 시클로헥사논, 3-에톡시프로피온산에틸 등이 바람직하다. 특히, 프로필렌글리콜모노에틸에테 르아세테이트, 3-메톡시부틸아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 시클로헥사논, 3-에톡시프로피온산에틸이 특히 바람직하다.
상기 중비점 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
용매 중의 중비점 용매의 함유 비율은 바람직하게는 30 내지 70 중량％, 더욱 바람직하게는 30 내지 60 중량％, 특히 바람직하게는 30 내지 50 중량％ 이다. 중비점 용매의 함유 비율이 너무 적으면, 감방사선성 조성물의 건조물 발생 억제 효과가 불충분해질 우려가 있고, 한편 너무 많으면, 스티킹 발생이나 진공 소성 시간이 길어짐에 따른 생산성 저하를 초래할 우려가 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 각 용매와 함께 비점이 180 ℃를 초과하는 용매(이하, "고비점 용매"라 함)를 추가로 병용할 수도 있다.
고비점 용매의 구체예로서는, 벤질에틸에테르, 디헥실에테르, 아세토닐아세톤, 이소포론, 카프로산, 카프릴산, 1-옥탄올, 1-노난올, 벤질알코올, 아세트산벤질, 벤조산에틸, 옥살산디에틸, 말레산디에틸, γ-부티로락톤, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 에틸렌글리콜모노페닐에테르아세테이트 등을 들 수 있다.
상기 고비점 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서의 용매 중의 각 용매의 함유 비율을 보다 구체적으로 나타내면, 바람직하게는 아세트산시클로헥실이 5 내지 40 중량％, 저비점 용매가 10 내지 60 중량％, 중비점 용매가 30 내지 70 중량％, 고비점 용매가 20 중량％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 아세트산시클로헥실이 15 내지 35 중량％, 저비점 용매가 20 내지 50 중량％, 중비점 용매가 30 내지 60 중량％, 고비점 용매가 20 중량％ 이하이고, 특히 바람직하게는 아세트산시클로헥실이 20 내지 30 중량％, 저비점 용매가 20 내지 45 중량％, 중비점 용매가 30 내지 50 중량％, 고비점 용매가 20 중량％ 이하이다. 이러한 혼합 용매를 사용함으로써, 감방사선성 조성물의 건조물 및 돌비 구멍의 발생이 현저히 억제되고, 스티킹 발생이나 진공 소성 시간이 길어짐에 따른 생산성 저하를 초래하지 않으면서, 감방사선성 조성물의 건조물의 용매 재용해성이 우수하고, 또한 불용물이 석출되지도 않는, 양호한 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 얻을 수 있다.
본 발명의 착색층 형성용 감방사선성 조성물에서의 용매의 합계 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 얻어지는 조성물의 도포성, 안정성 등의 측면에서, 상기 조성물의 용매를 제외한 각 성분의 합계 농도는 바람직하게는 5 내지 50 중량％, 특히 바람직하게는 10 내지 40 중량％가 되는 양이 바람직하다.
-다른 첨가제-
본 발명의 착색층 형성용 감방사선성 조성물은 상기 (A) 내지 (E) 성분을 함유하는 것이지만, 필요에 따라 다른 첨가제를 함유할 수도 있다.
상기 다른 첨가제로서는, 예를 들면 유리, 알루미나 등의 충전제; 폴리비닐알코올, 폴리(플루오로알킬아크릴레이트) 등의 고분자 화합물; 비이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제 등의 계면활성제; 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리(2-메톡시에톡시)실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프 로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴로일옥시프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란 등의 밀착 촉진제; 2,2-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,6-디-t-부틸페놀 등의 산화 방지제; 2-(3-t-부틸-5-메틸-2-히드록시페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 알콕시벤조페논 등의 자외선 흡수제; 폴리아크릴산나트륨 등의 응집 방지제 등을 들 수 있다.
착색층의
형성 방법
다음으로, 본 발명의 착색층 형성용 감방사선성 조성물(이하, 간단히 "착색층 형성용 조성물"이라고도 함)을 이용하는 착색층의 형성 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 착색층 형성 방법은 하기 (1) 내지 (4)의 공정을 포함한다.
(1) 착색층 형성용 조성물의 도막을 기판 상에 형성하는 공정.
(2) 상기 도막의 적어도 일부에 노광하는 공정.
(3) 노광 후의 도막을 현상하는 공정.
(4) 현상 후의 도막을 열처리하는 공정.
이하, 이들 공정에 대하여 차례로 설명한다.
-(1) 공정-
우선, 기판의 표면 상에 필요에 따라 화소를 형성하는 부분을 구획하도록 차광층을 형성하고, 이 기판 상에 착색층 형성용 조성물을 도포한 후, 감압하에서 진공 소성을 행하고 용매를 증발 제거하여 도막을 형성한다.
이 공정에서 사용되는 기판으로서는, 예를 들면 유리, 실리콘, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 방향족 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에테르술폰 외에, 환상 올레핀의 개환 중합체나 그의 수소 첨가물 등을 들 수 있다.
또한, 이들 기판에는 원한다면 실란 커플링제 등에 의한 약품 처리, 플라즈마 처리, 이온 플레이팅, 스퍼터링, 기상 반응법, 진공 증착 등의 적절한 전처리를 실시해 둘 수도 있다.
착색층 형성용 조성물을 기판에 도포하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 슬릿 앤드 스핀 도포법, 스핀리스 도포법 등의 슬릿 노즐을 이용하는 방법(이하, "슬릿 노즐 도포법"이라 함)이 바람직하다.
슬릿 노즐 도포법에서의 도포 조건은 슬릿 앤드 스핀 도포법과 스핀리스 도포법, 도포 기판의 크기 등에 따라 다르지만, 예를 들면 스핀리스 도포법에 의해 제5 세대의 유리 기판(1,100 ㎜×1,250 ㎜)에 도포하는 경우, 슬릿 노즐로부터의 착색층 형성용 조성물의 토출량은 바람직하게는 500 내지 2,000 마이크로리터/초, 보다 바람직하게는 800 내지 1,500 마이크로리터/초이고, 또한 도공 속도는 바람직하게는 500 내지 1,500 ㎜/초, 보다 바람직하게는 700 내지 1,200 ㎜/초이다.
슬릿 노즐 도포법에 사용하는 착색층 형성용 조성물의 고형분 농도는 바람직하게는 10 내지 20 중량％, 보다 바람직하게는 13 내지 18 중량％이다.
진공 소성의 조건은 진공도가 바람직하게는 0.1 내지 1.0 torr, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.5 torr 정도이고, 온도가 바람직하게는 60 내지 120 ℃, 보다 바람직하게는 70 내지 110 ℃ 정도이고, 소성 시간이 바람직하게는 1 내지 5분, 보 다 바람직하게는 2 내지 4분 정도이다.
형성되는 도막의 두께는 용매 제거 후의 막 두께로서, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎛, 보다 바람직하게는 0.2 내지 8.0 ㎛, 특히 바람직하게는 0.2 내지 6.0 ㎛이다.
-(2) 공정-
그 후, 형성된 도막의 적어도 일부에 노광한다. 도막의 일부에 노광할 때에는 예를 들면 적당한 패턴을 갖는 포토마스크를 통해 노광한다.
노광에 사용되는 방사선으로서는, 예를 들면 가시광선, 자외선, 원자외선, 전자선, X선 등을 사용할 수 있지만, 파장이 190 내지 450 ㎚의 범위에 있는 방사선이 바람직하다.
방사선의 노광량은 바람직하게는 10 내지 10,000 J/㎡ 정도이다.
-(3) 공정-
그 후, 현상액을 이용하여 현상하고, 도막의 미노광부를 용해 제거한다.
상기 현상액으로서는, 예를 들면 탄산나트륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 테트라메틸암모늄히드록시드, 콜린, 1,8-디아자비시클로-[5.4.0]-7-운데센, 1,5-디아자비시클로-[4.3.0]-5-노넨 등의 수용액을 포함하는 알칼리 현상액이 바람직하다.
상기 알칼리 현상액에는 예를 들면 메탄올, 에탄올 등의 수용성 유기 용제나 계면활성제 등을 적량 첨가할 수도 있다. 한편, 알칼리 현상 후에는 바람직하게는 수세한다.
현상 처리법으로서는 샤워 현상법, 분무 현상법, 딥(침지) 현상법, 퍼들(액 담금) 현상법 등을 채용할 수 있다.
현상 조건은 상온에서 5 내지 300초 정도가 바람직하다.
-(4) 공정-
그 후, 가열 처리(이하, "포스트 베이킹"이라 함)함으로써 기판 상에 착색층을 형성할 수 있다.
포스트 베이킹의 조건은 180 내지 230 ℃에서 20 내지 40분 정도가 바람직하다.
본 발명의 착색층 형성 방법에서는 상기 (1) 내지 (4) 공정을 적색, 녹색 또는 청색 안료가 분산된 각 착색층 형성용 조성물을 이용하여 반복하여, 적색의 화소 패턴, 녹색의 화소 패턴 및 청색의 화소 패턴을 동일 기판 상에 형성함으로써, 적색, 녹색 및 청색의 3원색 화소 패턴이 소정 배열로 배치된 기판을 얻을 수 있다. 단, 본 발명에서는 각 색의 화소 패턴의 형성 순서는 특별히 한정되지 않는다.
또한, 흑색 안료가 분산된 착색층 형성용 조성물을 이용하여 상기 (1) 내지 (4) 공정을 차례로 행함으로써, 블랙 매트릭스 패턴이 소정 배열로 배치된 기판을 얻을 수 있다.
이와 같이 하여 형성된 착색층의 막 두께는 바람직하게는 0.5 내지 5.0 ㎛, 보다 바람직하게는 1.5 내지 3.0 ㎛이다.
컬러 필터
본 발명의 컬러 필터는 상기한 바와 같이 하여 형성된 착색층을 구비하는 것 이다.
컬러 액정 표시 소자
본 발명의 컬러 액정 표시 소자는 본 발명의 컬러 필터를 구비하는 것이다.
또한, 본 발명의 컬러 액정 표시 소자의 일 형태로서, 본 발명의 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 이용하여 박막 트랜지스터 기판 어레이 상에 상술한 바와 같이 하여 화소 및/또는 블랙 매트릭스를 형성함으로써, 특히 우수한 특성을 갖는 컬러 액정 표시 소자를 제조할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 착색층 형성용 감방사선성 조성물은 (A) 착색제, (B) 알칼리 가용성 수지, (C) 다관능성 단량체, (D) 광 중합 개시제 및 (E) 용매를 필수 성분으로서 함유하고, (E) 용매가 아세트산시클로헥실을 5 내지 40 중량％ 함유하지만, 특히 바람직한 조성물을 구체적으로 예시하면, 하기 (가) 내지 (자)와 같다.
(가) (B) 성분이 카르복실기 함유 공중합체(II)를 포함하고, (D) 성분이 아세토페논계 화합물, 비이미다졸계 화합물 및 트리아진계 화합물의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
(나) (B) 성분이 카르복실기 함유 공중합체(II)를 포함하고, (D) 성분 중의 아세토페논계 화합물이 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온 및 1,2-옥탄디온-1-[4-(페닐티오)페닐]-2-(O-벤조일옥심)의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, (D) 성분 중의 비이미다졸계 화합물이 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'- 비이미다졸, 2,2'-비스(2,4-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸 및 2,2'-비스(2,4,6-트리클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, (D) 성분 중의 트리아진계 화합물이 2-[2-(3,4-디메톡시페닐)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진을 포함하는, 상기 (가)의 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
(다) (B) 성분 중의 카르복실기 함유 공중합체(II)가 (메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/스티렌/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/페닐(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/벤질(메트)아크릴레이트/글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/벤질(메트)아크릴레이트/폴리스티렌 거대 단량체 공중합체, (메트)아크릴산/벤질(메트)아크릴레이트/폴리메틸(메트)아크릴레이트 거대 단량체 공중합체, (메트)아크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/N-페닐말레이미드/α-메틸스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/N-시클로헥실말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/N-시클로헥실말레이미드/α-메틸스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/벤질(메트)아크릴레이트/폴리스티렌 거대 단량체 공중합체, (메트)아크릴산/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/벤질(메트)아크릴레이트/폴리메틸(메트)아크릴레이트 거대 단량체 공중합체, (메트)아크릴산/N-페닐말레이미 드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트/글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/페닐(메트)아크릴레이트/폴리스티렌 거대 단량체 공중합체, (메트)아크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트/페닐(메트)아크릴레이트/폴리메틸메타크릴레이트 거대 단량체 공중합체, (메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/벤질(메트)아크릴레이트/글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/N-페닐말레이미드/스티렌/알릴(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/N-시클로헥실말레이미드/스티렌/알릴(메트)아크릴레이트 공중합체, (메트)아크릴산/숙신산 모노[2-(메트)아크릴로일옥시에틸]/N-시클로헥실말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트 공중합체 및 (메트)아크릴산/ω-카르복시폴리카프로락톤 모노(메트)아크릴레이트/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질(메트)아크릴레이트/글리세롤 모노(메트)아크릴레이트 공중합체의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 상기 (가) 또는 (나)의 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
(라) (C) 성분이 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 상기 (가), (나) 또는 (다)의 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
(마) (A) 성분이 유기 안료 및/또는 카본 블랙을 포함하는, 상기 (가), (나 ), (다) 또는 (라)의 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
(바) (E) 성분이 저비점 용매를 10 내지 60 중량％ 함유하는, 상기 (가), (나), (다), (라) 또는 (마)의 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
(사) 저비점 용매가 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 상기 (바)의 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
(아) (E) 성분이 또한 중비점 용매를 30 내지 70 중량％ 함유하는, 상기 (바) 또는 (사)의 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
(자) 중비점 용매가 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 3-메톡시부틸아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 시클로헥사논 및 3-에톡시프로피온산에틸의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 상기 (아)의 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
또한, 본 발명의 바람직한 컬러 필터는 (차) 상기 (가), (나), (다), (라), (마), (바), (사), (아) 또는 (자)의 착색층 형성용 감방사선성 조성물로부터 형성된 화소 및/또는 블랙 매트릭스를 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 컬러 액정 표시 소자는 (카) 상기 (차)의 컬러 필터를 구비하고, 본 발명의 보다 바람직한 컬러 액정 표시 소자는 (타) 박막 트랜지스터 기판 어레이 상에 상기 (차)의 컬러 필터를 구비하고 있다.
<실시예>
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
(A) 착색제로서 C.I. 피그먼트 레드 254/C.I. 피그먼트 레드 177＝80/20(중량비) 혼합물 15 중량부, 분산제로서 디스퍼빅-2001을 4 중량부(고형분 환산), (B) 알칼리 가용성 수지로서 메타크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질메타크릴레이트 공중합체(공중합 중량비＝20/30/20/30, Mw＝9,500, Mn＝5,000) 6 중량부, (E) 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 75 중량부를 비드 밀에 의해 처리하여 안료 분산액(R1)을 제조하였다.
이어서, 안료 분산액(R1) 100 중량부, (B) 알칼리 가용성 수지로서 메타크릴산/숙신산 모노(2-메타크릴로일옥시에틸)/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질메타크릴레이트 공중합체(공중합 중량비＝25/10/30/20/15, Mw＝12,000, Mn＝6,500) 5 중량부, (C) 다관능성 단량체로서 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 10 중량부, (D) 광 중합 개시제로서 2-메틸-(4-메틸티오페닐)-2-모르폴리노-1-프로판-1-온 5 중량부, (E) 용매로서 아세트산시클로헥실 25 중량부(10 중량％), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 25 중량부(40 중량％), 3-메톡시부틸아세테이트 75 중량부(30 중량％) 및 시클로헥사논 50 중량부(20 중량％)를 혼합하여 착색층 형성용 조성물(R1-1)을 제조하였다. 단, 각 용매의 함유 비율(중량％)은 안료 분산액 중의 용매도 포함한 값이다(이하 동일).
얻어진 착색층 형성용 조성물(R1-1)에 대하여 하기 절차에 따라 평가하였다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
건조물의 용매
재용해성
평가
유리 기판에 착색층 형성용 조성물(R1-1)을 도포하고, 23 ℃, 습도 50％의 조건하에서 30분 풍건한 후, 건조 도막이 부착된 유리 기판을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 중에 10분간 침지하였다. 이 때, 건조 도막의 재용해 상태에 따라 하기 3 단계로 평가하였다.
○: 침지 중에 건조 도막이 전부 용해됨.
△: 10분간 침지 후에도 건조 도막의 일부가 남음.
×: 10분간 침지 후에도 건조 도막이 거의 또는 전혀 용해되지 않음.
돌비
구멍의 평가
표면에 나트륨 이온의 용출을 방지하는 Si02막이 형성된 소다 유리 기판(300 ㎜×400 ㎜)에 착색층 형성용 조성물(R1-1)을 스핀 코터를 이용하여 도포한 후, 진공도가 0.3 torr에 도달할 때까지 진공 소성을 행하여 막 두께 2.5 ㎛의 도막을 형성하였다.
그 후, 얻어진 기판을 광학 현미경으로 관찰하여 도막의 5 ㎜×400 ㎜ 사방의 규정 영역 내에 발생하는 돌비 구멍의 수를 세어 하기 3 단계로 평가하였다.
○: 돌비 구멍이 500개 미만
△: 돌비 구멍이 500개 이상 1,000개 미만
×: 돌비 구멍이 1,000개 이상
실시예
2
실시예 1에 있어서, 안료 분산액(R1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 50 중량부(20 중량％) 및 3-에톡시프로피온산에틸 125 중량부(50 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(R1-2)을 제조하여 평가하였다. 한편, 착색층 형성용 조성물(R1-2)은 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 75 중량부(30 중량％)도 포함하고 있다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예
3
실시예 1에 있어서, 안료 분산액(R1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 50 중량부(20 중량％), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 50 중량부(50 중량％), 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 25 중량부(10 중량％) 및 3-메톡시부틸아세테이트 50 중량부(20 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(R1-3)을 제조하여 평가하였다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예
4
실시예 1에 있어서, 안료 분산액(R1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 37 중량부(20 중량％), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 17 중량부(약 49.7 중량％), 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 19 중량부(약 10.3 중량％) 및 3-메톡시부틸아세테이트 37 중량부(20 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(R1-4)을 제조하여 평가하였다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예
1
실시예 1에 있어서, 안료 분산액(R1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 25 중량부, 3-메톡시부틸아세테이트 75 중량부 및 시클로헥사논 75 중량부로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(R1-5)을 제조하여 평가하였다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예
2
실시예 1에 있어서, 안료 분산액(R1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 50 중량부, 3-에톡시프로피온산에틸 75 중량부 및 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 50 중량부로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(R1-6)을 제조하여 평가하였다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예
5
(A) 착색제로서 C.I. 피그먼트 그린 36/C.I. 피그먼트 옐로우 138/C.I. 피그먼트 옐로우 150＝50/40/10(중량비) 혼합물 15 중량부, 분산제로서 디스퍼빅-2001을 4 중량부(고형분 환산), (B) 알칼리 가용성 수지로서 메타크릴산/ω-카르복시폴리카프로락톤 모노아크릴레이트/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질메타크릴레이트/글리세롤 모노메타크릴레이트 공중합체(공중합 중량비＝15/10/20/10/35/10, Mw＝6,000, Mn＝3,000) 5 중량부, (E) 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 76 중량부를 비드 밀에 의해 처리하여 안료 분산액(G1)을 제조하였다.
이어서, 안료 분산액(G1) 100 중량부, (B) 알칼리 가용성 수지로서 메타크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/벤질메타크릴레이트/글리세롤 모노메타크릴레이트 공중합체(공중합 중량비＝15/25/15/35/10, Mw＝13,500, Mn＝6,000) 5 중량부, (C) 다관능성 단량체로서 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 10 중량부, (D) 광 중합 개시제로서 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온 5 중량부, (E) 용매로서 아세트산시클로헥실 75 중량부(약 29.9 중량％), 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트 50 중량부(약 50.2 중량％) 및 3-메톡시부틸아세테이트 50 중량부(약 19.9 중량％)를 혼합하여 착색층 형성용 조성물(G1-1)을 제조하였다.
얻어진 착색층 형성용 조성물(G1-1)에 대하여 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예
6
실시예 5에 있어서, 안료 분산액(G1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 50 중량부(약 19.9 중량％), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 25 중량부(약 40.2 중량％) 및 3-에톡시프로피온산에틸 100 중량부(약 39.8 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(G1-2)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예
7
실시예 5에 있어서, 안료 분산액(G1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 75 중량부(약 29.9 중량％), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 25 중량부(약 40.2 중량％), 3-에톡시프로피온산에틸 50 중량부(약 19.9 중량％) 및 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 25 중량부(약 10.0 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(G1-3)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예
8
실시예 5에 있어서, 안료 분산액(G1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 25 중량부(약 10.0 중량％), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 75 중량부(약 60.2 중량％) 및 3-에톡시프로피온산에틸 75 중량부(약 29.9 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(G1-4)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예
9
실시예 5에 있어서, 안료 분산액(G1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 75 중량부(약 29.9 중량％), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 50 중량부(약 50.2 중량％) 및 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 50 중량부(약 19.9 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(G1-5)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예
10
실시예 5에 있어서, 안료 분산액(G1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 54 중량부(약 30.2 중량％), 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 14 중량부(약 50.3 중량％) 및 3-메톡시부틸아세테이트 35 중량부(약 19.6 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(G1-6)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예
3
실시예 5에 있어서, 안료 분산액(G1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 75 중량부, 3-에톡시프로피온산에틸 50 중량부 및 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 50 중량부로 변경한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(G1-7)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예
4
실시예 5에 있어서, 안료 분산액(G1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 3-에톡시프로피온산에틸 125 중량부 및 3-메톡시부틸아세테이트 50 중량부로 변경한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(G1-8)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예
11
(A) 착색제로서 C.I. 피그먼트 블루 15/C.I. 피그먼트 바이올렛 23＝90/10(중량비) 혼합물 15 중량부, 분산제로서 디스퍼빅-2001을 5 중량부(고형분 환산), (B) 알칼리 가용성 수지로서 아크릴산/N-페닐말레이미드/스티렌/2-히드록시에틸메타크릴레이트/페닐메타크릴레이트/폴리메틸메타크릴레이트 거대 단량체 공중합체(공중합 중량비＝15/10/20/10/35/10, Mw＝23,000, Mn＝11,000) 4 중량부, (E) 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 76 중량부를 비드 밀에 의해 처리하여 안료 분산액(B1)을 제조하였다.
이어서, 안료 분산액(B1) 100 중량부, (B) 알칼리 가용성 수지로서 메타크릴산/N-페닐말레이미드/α-메틸스티렌/벤질메타크릴레이트 공중합체(공중합 중량비＝20/25/25/30, Mw＝43,000, Mn＝21,000) 10 중량부, (C) 다관능성 단량체로서 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 20 중량부, (D) 광 중합 개시제로서 2-메틸-(4-메틸티오페닐)-2-모르폴리노-1-프로판-1-온 5 중량부, (E) 용매로서 아세트산시클로헥실 65 중량부(약 19.9 중량％), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 88 중량부(약 50.3 중량％) 및 3-에톡시프로피온산에틸 97 중량부(약 29.8 중량％)를 혼합하여 착색층 형성용 조성물(B1-1)을 제조하였다.
얻어진 착색층 형성용 조성물(B1-1)에 대하여 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예
12
실시예 11에 있어서, 안료 분산액(B1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 65 중량부(약 19.9 중량％), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 23 중량부(약 30.4 중량％), 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 32 중량부(약 9.8 중량％) 및 3-메톡시부틸아세테이트 130 중량부(약 39.9 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 11과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(B1-2)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예
13
실시예 11에 있어서, 안료 분산액(B1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 32 중량부(약 9.8 중량％), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 23 중량부(약 30.4 중량％), 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 32 중량부(약 9.8 중량％), 3-메톡시부틸아세테이트 131 중량부(약 40.2 중량％) 및 시클로헥사논 32 중량부(약 9.8 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 11과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(B1-3)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예
14
실시예 11에 있어서, 안료 분산액(B1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 (E) 용매를 아세트산시클로헥실 50 중량부(약 19.8 중량％), 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 26 중량부(약 40.5 중량％) 및 3-메톡시부틸아세테이트 100 중량부(약 39.7 중량％)로 변경한 것 이외에는, 실시예 11과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(B1-4)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
비교예
5
실시예 11에 있어서, 안료 분산액(B1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 용매를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 56 중량부 및 3-에톡시프로피온산에틸 194 중량부로 변경한 것 이외에는, 실시예 11과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(B1-5)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
비교예
6
실시예 11에 있어서, 안료 분산액(B1) 100 중량부에 대하여 첨가하는 용매를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 88 중량부, 3-메톡시부틸아세테이트 97 중량부 및 시클로헥사논 65 중량부로 변경한 것 이외에는, 실시예 11과 동일하게 하여 착색층 형성용 조성물(B1-6)을 제조한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
이상과 같이, 본 발명의 착색층 형성용 감방사선성 조성물은 건조물의 용매 재용해성이 높고, 돌비 구멍의 발생도 충분히 억제되기 때문에, 특히 슬릿 노즐 도포법을 이용하는 착색층의 형성에 매우 바람직하게 적용할 수 있다.
Claims (7)
- (A) 착색제, (B) 알칼리 가용성 수지, (C) 다관능성 단량체, (D) 광 중합 개시제 및 (E) 용매를 함유하고,(E) 용매가 아세트산시클로헥실 5 내지 40 중량％ 및 비점 150 ℃ 미만의 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 2-헵타논, 아세트산 n-부틸, 아세트산 i-부틸, 부티르산에틸, 부티르산 n-프로필, 부티르산 i-프로필 및 피루브산에틸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 착색층 형성용 감방사선성 조성물.
- 제1항에 있어서, (E) 용매가 비점 150 ℃ 미만의 용매를 10 내지 60 중량％ 함유하는 감방사선성 조성물.
- 제2항에 있어서, (E) 용매가 추가로 비점 150 ℃ 이상 180 ℃ 미만의 용매(단, 아세트산시클로헥실을 제외함)를 30 내지 70 중량％ 함유하는 감방사선성 조성물.
- 하기 (1) 내지 (4)의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 착색층의 형성 방법.(1) 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 착색층 형성용 감방사선성 조성물의 도막을 기판 상에 형성하는 공정.(2) 상기 도막의 적어도 일부에 노광하는 공정.(3) 노광 후의 도막을 현상하는 공정.(4) 현상 후의 도막을 열처리하는 공정.
- 제4항에 있어서, (1)의 공정에서, 착색층 형성용 감방사선성 조성물을 슬릿 노즐을 이용하여 기판 상에 도포하여 도막을 형성하는 것인 착색층의 형성 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 착색층 형성용 감방사선성 조성물로부터 형성된 착색층을 구비하여 이루어지는 컬러 필터.
- 제6항에 기재된 컬러 필터를 구비하는 컬러 액정 표시 소자.
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