컬러포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치(COLOR PHOTORESIST COMPOSITION AND LIQUID CRYSTALDISPLAYS USING THE SAME)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2009년08월03일
(11) 등록번호 10-0910556
(24) 등록일자 2009년07월28일
(51) Int. Cl.

G03F 7/075 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2002-0056507
(22) 출원일자 2002년09월17일
심사청구일자 2007년09월17일
(65) 공개번호 10-2004-0026008
(43) 공개일자 2004년03월27일
(56) 선행기술조사문헌
US04939065 A1*
KR1019990072717 A*
JP62295054 A
JP3166229 A
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
삼성전자주식회사
경기도 수원시 영통구 매탄동 416
(72) 발명자
강성철
경기도용인시수지읍상현리현대성우2차아파트164
동1001호
박애나
부산광역시수영구광안3동1062-14번지
김장섭
경기도화성군태안읍병점리신미주아파트102동1603
호
(74) 대리인
팬코리아특허법인
전체 청구항 수 : 총 6 항 심사관 : 김광철
(54) 컬러포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치
(57) 요 약
본 발명은 컬러포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중결합을
하나 이상 가진 실록산 계열의 화합물을 사용하여 동시에 계면활성제와 단량체의 역할을 수행함으로써 얼룩 및
잔사를 줄이고 UV 애싱 공정을 생략할 수 있으며, 컬러필터 패턴의 몰포로지(morphology)와 균일성(uniformity)
을 향상시킬 수 있는 컬러포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
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등록특허 10-0910556
특허청구의 범위
청구항 1
삭제
청구항 2
삭제
청구항 3
삭제
청구항 4
삭제
청구항 5
하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 컬러포토레지스트 조성물:
[화학식 3]
상기 식에서, R은 각각 독립적으로 또는 동시에 선형 또는 가지 달린 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 방향족기
이며, m은 0 내지 100의 정수이고, n은 1 내지 100의 정수이다.
청구항 6
제 5항에 있어서, 상기 화학식 3의 화합물의 함량이 0.5 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 컬러포토레지스트
조성물.
청구항 7
하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.5 내지 30 중량%,
안료 1 내지 20 중량%, 그리고
나머지 용매
가 함유된 컬러포토레지스트 조성물을 포함하는 컬러필터:
[화학식 3]
상기 식에서, R은 각각 독립적으로 또는 동시에 선형 또는 가지 달린 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 방향족기
이며, m은 0 내지 100의 정수이고, n은 1 내지 100의 정수이다.
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청구항 8
제 7 항 기재의 컬러필터를 포함하는 액정표시장치.
청구항 9
제 8 항에 있어서, 상기 액정표시장치가 TFT-LCD, 또는 컬러필터를 포함하는 액정표시장치인 것을 특징으로 하
는 액정표시장치.
청구항 10
제 7 항에 있어서,
디펜타에리쓰리톨 헥사아크릴레이트(dipentaerythritol hexaacrylate: DPHA)를 더 포함하는 컬러필터.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 얼룩 및 잔사를 줄이고 컬러필터 패턴의 몰포로지(morphology)와 균일성(uniformity)을 향상시킬 수<1>
있는 컬러포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
TFT-LCD 의 중요한 구성 요소인 컬러필터는 감광성 물질인 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue) 포토레지스트<2>
(컬러 PR)를 유리 기판에 도포하여 광 반응으로부터 생성되는 유기 수지의 미세 패턴(pattern을) 통해
제조한다. 컬러 PR를 구성하고 있는 주요 성분으로는 컬러를 표현하는 안료, 결합 고분자(binding polymer),
단량체(monomer), 광 개시제, 용매, 및 기타 첨가제로 이루어져 있다. 이들 중 단량체의 역할은 광 개시제의
광반응에 의해 생성된 라디칼의 공격을 받아 고분자 물질을 형성함으로써 안료와 결합 고분자(binding polyme
r)를 묶는 가교구조를 만드는 것이다. 단량체(monomer)로부터 형성된 고분자 가교구조로 인하여 컬러필터는 내
열성, 내화학성을 지니게 된다. 일반적으로 상품화된 컬러 PR에는 분자 내에 6개의 탄소 이중결합을 갖는 디펜
타에리쓰리톨 헥사아크릴레이트(dipentaerythritol hexaacrylate: DPHA)를 단량체로 이용하고 있다. 또한, 컬
러 PR을 유리 기판에 도포하는 공정과정에서 도포된 컬러 PR의 안정된 균일성(uniformity)을 얻는 목적으로 계
면 활성제를 첨가한다. 일반적으로 계면 활성제는 작은 분자량의 유기 화합물로 구성되어 있으며, 각 컬러 PR
업체마다 공개되지 않은 자사 고유의 제품을 사용하고 있다. 상기 계면활성제는 컬러 PR 도포 공정에서 중요한
역할을 수행하지만, 상대적으로 작은 분자 구조를 지녀 컬러 PR의 광반응 진행시 단량체에 의한 고분자 가교구
조 형성에 참여하지 않는다. 따라서 컬러필터 제조 공정에서 노광 및 현상 그리고 하드 베이크(hard bake) 공
정 후 얼룩 및 잔사 불량을 일으키게 된다. 이러한 불량을 제거할 목적으로 컬러필터(C/F) 제조 공정에서는 UV
애싱(ashing) 처리 공정을 도입하고 있다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 상기 종래 기술과 같은 문제점을 해결하기 위하여, 컬러필터 제조공정에서 하드베이크 후 얼룩 및 잔<3>
사불량을 줄일 수 있으며, 컬러필터 패턴의 몰포로지(morphology)와 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있는 컬
러포토레지스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 컬러포토레지스트 조성물을 이용한 컬러필터를 제공하는 것이다.<4>
본 발명의 다른 목적은 상기 컬러포토레지스트 조성물을 이용한 액정표시장치를 제공하는 것이다.<5>
발명의 구성 및 작용
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 컬러포토레지스트 조성물에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물<6>
을 포함하는 컬러포토레지스트 조성물을 제공한다:
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[화학식 1]<7>
<8>
또한, 본 발명은 컬러포토레지스트 조성물에 있어서, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 컬러포토레<9>
지스트 조성물을 제공한다:
[화학식 2]<10>
<11>
상기 식에서, R은 각각 독립적으로 또는 동시에 선형 또는 가지 달린 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 방향족기<12>
이며, m은 0 내지 100의 정수이고, n은 1 내지 100의 정수이다.
또한, 본 발명은 컬러포토레지스트 조성물에 있어서, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 컬러포토<13>
레지스트 조성물을 제공한다:
[화학식 3]<14>
<15>
상기 식에서, R은 각각 독립적으로 또는 동시에 선형 또는 가지 달린 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 방향족기<16>
이며, m은 0 내지 100의 정수이고, n은 1 내지 100의 정수이다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화<17>
합물이 함유된 컬러포토레지스트 조성물을 이용하여 제조된 컬러필터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 기재의 컬러포토레지스트 조성물을 이용하여 제조된 컬러필터를 포함하는 액정표시장치를<18>
제공한다. 이때, 상기 액정표시장치가 TFT-LCD, 또는 컬러필터를 포함하는 액정표시장치인 것이 바람직하다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.<19>
본 발명에 따르면 단량체의 역할 및 계면 활성제의 역할을 동시에 보여 주는 실록산계 화합물을 컬러 포토레지<20>
스트에 적용함으로써, 얼룩 및 잔사, C/F 패턴의 몰포로지(morphology)와 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있
는 특징이 있다.
상기 실록산계 화합물은 상기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3의 화합물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부<21>
터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 실록산계 화합물의 반응에 대하여 바람직한 일례를 들면 하기와 같다. 하기 화학식 4는 광 반응시 상기<22>
화학식 1의 실록산 화합물과 디펜타에리쓰리톨 헥사아크릴레이트(DPHA)의 사슬 반응을 통하여 만들어지는 가교
구조의 모습을 보여주는 것이다.
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[화학식 4]<23>
<24>
상기 화학식 4에서 보면, 광반응 개시제로부터 생성된 라디칼(Rㆍ)은 실록산 또는 DPHA의 탄소 이중결합과 반응<25>
하여 분자 라디칼 (-CH-)을 형성하며, 이 라디칼은 연속적으로 다른 실록산 또는 DPHA의 탄소 이중결합과 반응
하여 고분자 가교구조를 형성하게 된다. 이러한 광 반응은 유리 기판에 컬러 PR이 도포된 후 소프트 베이크
(soft bake)를 거친 후 일어나며, 반응 후 도포 과정에서 계면 활성제 역할을 하는 실록산은 고분자 가교구조를
이루는데 참여한다.
또한, 본 발명의 화학식 2 및 화학식 3의 화합물도 반응식 1과 동등한 메카니즘에 의해 컬러 PR의 단량체 및 계<26>
면활성제로 이용된다.
따라서, 본 발명은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 컬러포토레지스트 조성물을 제공한다.<27>
본 발명의 컬러포토레지스트 조성물에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 분자 내에 4개의 탄소 이중결합을 갖<28>
는 사이클릭 실록산(cyclic siloxane) 화합물인 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라비닐사이클로테트라실록산이
다. 상기 화학식 1의 화합물은 컬러 포토레지스트의 유기 용제에 쉽게 용해되며, 상업적으로 구입하여 사용할
수 있다. 상기 화학식 1의 화합물의 함량은 컬러포토레지스트 조성물에 대하여 0.5 내지 30 중량%인 것이 바람
직하다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 2의 화합물을 포함하는 컬러포토레지스트 조성물을 제공할 수 있다. 상기 화학식<29>
2의 화합물의 함량은 컬러포토레지스트 조성물에 대하여 0.5 내지 30 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 3의 화합물을 포함하는 컬러포토레지스트 조성물을 제공할 수 있다. 상기 화학식<30>
3의 화합물의 함량은 컬러포토레지스트 조성물에 대하여 0.5 내지 30 중량%인 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 컬러포토레지스트 조성물은 상기 화학식 1, 2, 또는 3의 화합물 이외에, 통상적으로 사용되는<31>
안료, 결합 고분자(binding polymer), 광 개시제, 용매, 및 기타 첨가제 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 안료는 내열성을 갖는 상업적으로 시판되는 적색, 녹색, 청색 등의 유기 또는 무기안료를 선택<32>
하여 사용할 수 있다. 또한, 결합고분자는 알칼리 가용성을 가지며, 자외선이나 가시광선 등의 조사에 의해 중
합 또는 가교반응이 가능한 관능기를 갖는 화합물을 사용할 수 있으며, 아크릴레이트류, 메타크릴레이트류 등의
화합물을 사용할 수 있으며, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 광개시제는 가시광선, 자외선 등의 파장에
의해 가교성 모노머의 중합을 개시할 수 있는 통상적인 광개시제를 사용할 수 있다. 또한, 용매는 용해성, 안
료분산성, 코팅성 등에 지장을 주지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로 에틸렌글리콜모노메틸에
테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노
에틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 기타 첨가제로
분산제, 산화방지제, 안정제 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3의 화합물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택<33>
되는 화합물이 함유된 컬러포토레지스트를 이용하여 제조한 컬러필터를 제공한다. 즉, 본 발명은 통상적인 방
법으로 본 발명의 컬러 PR 조성물을 유리 기판에 도포하여 광 반응으로부터 생성되는 유기 수지의 미세 패턴
(pattern을) 통해 제조된 컬러 필터를 제공한다.
이와 같이, 본 발명은 상기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는<34>
실록산 화합물을 컬러 PR의 단량체 및 계면활성제로 이용하여 컬러 PR 도포시 계면 활성제로서의 역할과 광 반
응시 고분자 가교 구조 형성에 참여시켜 얼룩 및 잔사 불량을 해소하고 또한 궁극적으로 UV 애싱(ashing) 공정
을 생략할 수 있어 컬러필터 제조시 원가 절감을 얻을 수 있다. 또한 고분자 가교구조 형성에 실록산이 직접
참여함으로써 컬퍼필터(C/F) 패턴의 향상된 몰포로지(morphology)와 균일성(uniformity)을 가져온다.
또한 내열성, 내화학성이 뛰어난 사이클로실록산 치환체가 참여된 컬러필터를 제조함으로써 안정된 하드 베이크<35>
(hard bake) 공정을 안정하게 한다. 현재까지의 컬러필터 하드 베이크 공정은 기본적으로 현상 후 240 ℃에서
40 분 동안 C/F 패널을 오븐에서 굽게 되어있다. 이들 공정 조건은 컬러필터 패널이 ITO 또는 IZO 및 배향막
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도포 공정 전 거처야 하는 필수 공정으로 C/F 패널의 내열성 및 내화학성을 얻는데 주목적이 있다. 그러나, 공
정 조건이 상대적으로 가혹하기 때문에 이 공정에서 많은 불량이 야기된다. 하지만, 본 발명에서 사용하는 화
학식 1의 화합물을 이용하면 기존 하드 베이크 공정 조건을 좀더 용이하게 진행하여 불량률을 낮출 수 있다.
이러한 제품 기술은 차세대 유기 TFT-LCD를 제조하는데 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이<36>
들만으로 한정하는 것은 아니다.
[실시예]<37>
실시예 1<38>
상기 화학식 1의 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라비닐사이클로테트라실록산 30 중량부, 디펜타에리쓰리톨 헥<39>
사아크릴레이트(DPHA) 10 중량부, C.I. 피그먼트 레드 254 10 중량부 및 C.I. 피그먼트 옐로우 139 9 중량부,
Irgacure369(시바스페셜티케미칼 제조) 1 중량부, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 40 중량부를 혼합하
여 감광성을 갖는 컬러포토레지스트 조성물을 제조하였다.
실시예 2<40>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 화학식 1의 화합물 대신 하기 화학식 2a의 화합물을 30 중량부 사용하여<41>
감광성을 갖는 컬러포토레지스트 조성물을 제조하였다.
[화학식 2a]<42>
<43>
상기 식에서, R은 각각 독립적으로 에틸기이며, m은 3의 정수이고, n은 5의 정수이다.<44>
실시예 3<45>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 화학식 1의 화합물 대신 하기 화학식 3a의 화합물을 30 중량부 사용하여<46>
감광성을 갖는 컬러포토레지스트 조성물을 제조하였다.
[화학식 3a]<47>
<48>
상기 식에서, R은 각각 독립적으로 에틸기이며, m은 3의 정수이고, n은 5의 정수이다.<49>
발명의 효과
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 이중결합을 하나 이상 가진 실록산 계열의 화합물을 사용하여 동<50>
시에 계면활성제와 단량체의 역할을 수행함으로써 얼룩 및 잔사를 줄이고 컬러필터 패턴의 몰포로지
(morphology)와 균일성(uniformity)을 향상시켜 TFT-LCD 또는 컬러필터를 사용하는 모든 디스플레이 공정 및 제
품에 적용할 수 있고, 컬러포토레지스트를 사용하는 모든 공정 및 제품에 적용할 수 있다.
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