KR100588867B1 - Anionic electrodeposition coating composition for forming pixels of liquid crystal display, and its uses - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정 디스플레이 픽셀 형성용 음이온 전착 도료 조성물 및 이의 사용방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 수평균분자량이 3,000∼30,000이며, 1-2.5㎛의 건조 도막두께에서 3.0-6.0의 유전율을 갖는 아크릴레이트 공중합체를 포함하는 음이온 전착 도료 조성물 및 이를 전착법을 이용하여 TFT기판의 투명전극층에 직접 픽셀을 형성하는 칼라 디스플레이용 픽셀 형성시에 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조성물을 전착법으로 기판에 직접 사용함으로써, 고투과성, 내열성, 내화학성, 및 액정 픽셀에 영향을 주지 않으며, 공정시간을 단축하고 수율을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to an anion electrodeposition coating composition for forming a liquid crystal display pixel and a method of using the same. More specifically, the number average molecular weight is 3,000 to 30,000, and has a dielectric constant of 3.0 to 6.0 at a dry film thickness of 1 to 2.5 μm. The present invention relates to an anion electrodeposition coating composition comprising an acrylate copolymer and a method for use in forming a pixel for a color display in which a pixel is directly formed on a transparent electrode layer of a TFT substrate using an electrodeposition method. By directly using the composition according to the present invention on the substrate by electrodeposition, it is possible to shorten the process time and improve the yield without affecting the high permeability, heat resistance, chemical resistance, and liquid crystal pixels.
전착법, 전착도료조성물, 액정디스플레이, 글리시딜 아크릴레이트, 4차 암모늄염Electrodeposition method, electrodeposition paint composition, liquid crystal display, glycidyl acrylate, quaternary ammonium salt
Description
도 1은 통상적인 안료분산법을 이용한 칼라필터의 제조공정도이고,1 is a manufacturing process chart of a color filter using a conventional pigment dispersion method,
도 2는 본 발명에 따른 전착 도료 조성물을 이용하는 전착법 공정도이며;2 is an electrodeposition process chart using the electrodeposition coating composition according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따라 제조된 적색, 녹색, 청색의 픽셀의 각각의 분광특성도를 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the spectral characteristics of each of the red, green, blue pixels produced in accordance with the present invention.
-- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ---Explanation of symbols for the main parts of the drawing-
1. 블랙 매트릭스(black matrix) 2. TFT 기판 또는 유리기판 1.
3. 안료분산 레지스트(resist)층 4. 포토마스크3. Pigment Dispersion
5. 투명전극층5. Transparent Electrode Layer
본 발명은 액정 디스플레이 픽셀 형성용 음이온 전착 도료 조성물 및 이의 사용방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 수평균분자량이 3,000∼30,000이며, 1-2.5㎛의 건조 도막두께에서 3.0-6.0의 유전율을 갖는 아크릴레이트 공중합체를 포 함하는 음이온 전착 도료 조성물 및 이를 전착법을 이용하여 TFT기판의 투명전극층에 직접 픽셀을 형성하는 칼라 디스플레이용 픽셀 형성시에 사용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an anion electrodeposition coating composition for forming a liquid crystal display pixel and a method of using the same. More specifically, the number average molecular weight is 3,000 to 30,000, and has a dielectric constant of 3.0 to 6.0 at a dry film thickness of 1 to 2.5 μm. The present invention relates to an anion electrodeposition coating composition containing an acrylate copolymer and a method for use in forming a pixel for a color display in which a pixel is directly formed on a transparent electrode layer of a TFT substrate using an electrodeposition method.
근래의 계속적인 멀티미디어 산업의 발달로 인해, 액정 디스플레이의 사용이 급증하고 있고, 통상적으로 액정 디스플레이에 사용하는 칼라필터는 안료분산법, 염색법, 인쇄법, 전착법, 필름전사법 등으로 제조되고 있으며, 이 중에서 안료분산법이 공정의 재현성 및 정교성이 뛰어나고 제조가 용이한 장점으로 인하여, 주로 사용되고 있다.Due to the recent development of the multimedia industry, the use of liquid crystal displays is rapidly increasing, and color filters commonly used in liquid crystal displays are manufactured by pigment dispersion, dyeing, printing, electrodeposition, film transfer, and the like. Among them, the pigment dispersion method is mainly used because of the advantages of excellent reproducibility and elaboration of the process and easy manufacturing.
안료분산법을 적용한 예가 일본국 특개소 제60-129739호에 기재되어 있는데, TFT-LCD에 적용가능한 수준의 해상도를 갖고 패턴형성의 제약성을 해소하고자 적용하는 포토리소스라피(photolithography) 기술이 기재되어 있으며, 감광성 수지와 안료를 주성분으로 한 픽셀형성물과 각 픽셀사이에 블랙 매트릭스를 형성한 방법이 일본국 특개소 제60-237403호에 기재되어 있으며, 그외에도 미국특허공개 제5,085,973호 및 제4,786,148호를 들 수 있다.An example of applying the pigment dispersion method is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-129739, which describes a photolithography technique that has a level of resolution applicable to TFT-LCD and is applied to remove the limitation of pattern formation. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-237403 discloses a pixel formation mainly composed of a photosensitive resin and a pigment and a method of forming a black matrix between each pixel, as well as US Patent Publication Nos. 5,085,973 and 4,786,148. Arcs.
그러나 통상적인 안료분산법은 픽셀(pixel)을 형성하기 위해서는 도 1과 같이 3회의 마스크를 사용하게 되고, 이 때문에 미스얼라인먼트(misalignment)가 일어날 확률이 높고 공정시간이 길어질 뿐만아니라 그로인하여 공정수율이 감소하는 문제점을 안고 있다. 또한 회전도포법(Spin Coating Method)을 적용하기 때문에 재료의 소모량이 많고 설비투자비용이 큰 단점을 갖고 있다.However, the conventional pigment dispersion method uses three masks as shown in FIG. 1 to form a pixel, which increases the probability of misalignment and prolongs the process time, and thus the process yield. There is a declining problem. In addition, because the spin coating method (Spin Coating Method) is applied, the consumption of materials and equipment investment costs are high.
또한, 전착법은 1회의 포토리소그라피 공정만을 필요로 하며, 픽셀 표면의 평활도가 우수한 장점을 갖고 있어 그 적용예가 최근 증가 추세에 있다. 예로는, 안료분산 작용기로 N-비닐-2-피롤리돈을 도입하여 분산성을 개선한 아크릴레이트 공중합체의 합성 및 그의 도료 조성물에 대하여 미국특허 제5,523,340호에 기재되어 있으며, Maleinated linseed oil과 폴리부타디엔 및 2-히드록시에틸 아크릴레이트의 해프-에스테르(half-ester) 화합물의 합성 및 그의 도료 조성물에 대하여 미국특허 제5,573,876호에 기재되어 있다. 이러한 조성물들은 안료의 분산성이 미흡하여 별도의 여과공정이 필요하고, 그 재현성 확보가 어려운 단점이 있으며, 도막의 전도성이 없으므로 픽셀위에 구동을 위한 투명 전극층을 1층 더 형성하게 되어 광투과율이 떨어지는 단점이 있다.In addition, the electrodeposition method requires only one photolithography process, and has an advantage of excellent smoothness of the pixel surface, and its application is increasing in recent years. For example, the synthesis of acrylate copolymers having improved dispersibility by introducing N-vinyl-2-pyrrolidone as a pigment dispersing functional group and coating compositions thereof are described in US Pat. No. 5,523,340, with maleinated linseed oil The synthesis of half-ester compounds of polybutadiene and 2-hydroxyethyl acrylate and their coating compositions are described in US Pat. No. 5,573,876. These compositions have a disadvantage in that a separate filtration process is required due to insufficient dispersibility of the pigment, and it is difficult to secure the reproducibility, and since there is no conductivity of the coating film, one more transparent electrode layer for driving is formed on the pixel, resulting in low light transmittance. There are disadvantages.
일반적인 전착법 적용 칼라 필터는 전기도전층(ITO 층)-칼라 픽셀-전지도전층(ITO층)의 3층 구조를 갖게 되는데, 이는 픽셀층을 형성하는 수지의 전도성이 떨어져 액정 구동에 영향을 주기 때문이다. 이와 같이, ITO층이 1층 더 형성됨으로써 공정이 복잡해질 뿐만 아니라 최종 픽셀의 투과율이 저하되는 단점을 갖게 된다.In general, the electrodeposition color filter has a three-layer structure consisting of an electroconductive layer (ITO layer), a color pixel, and an electroconductive layer (ITO layer). Because. As such, the formation of one more ITO layer not only complicates the process but also has the disadvantage that the transmittance of the final pixel is lowered.
이에 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명자들이 연구 검토한 결과, 전착법을 이용할 때 4차 암모늄염을 포함하는 전착 도료 조성물을 이용함으로써 수지의 유전율을 증가시켜 주어 상기 문제를 해결할 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.In order to solve the above problems, the present inventors have studied and found that when the electrodeposition method is used, the electrodeposition coating composition containing the quaternary ammonium salt can be used to increase the dielectric constant of the resin to solve the problem. The present invention has been completed based on this.
따라서 본 발명의 목적은 고투과성, 내열성, 내화학성, 및 액정 픽셀에 영향을 주지 않으며, 공정시간을 단축하고 수율을 향상시킬 수 있는 음이온성 전착 도 료 조성물을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an anionic electrodeposition coating composition that does not affect high permeability, heat resistance, chemical resistance, and liquid crystal pixels, and can shorten processing time and improve yield.
본 발명의 다른 목적은 상기 음이온성 전착 도료 조성물의 사용방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of using the anionic electrodeposition coating composition.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정디스플레이 픽셀형성용 음이온 전착 도료 조성물은, 전착도료 조성물에 있어서, 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 카르복실산 0.5∼30중량%; 하기 화학식 1로 표시되는 글리시딜 아크릴레이트 또는 글리시딜 메타크릴레이트, 및 4차 암모늄염의 반응물 0.5∼30중량%; 탄소수 2∼5의 히드록시 알킬 아크릴레이트 및 히드록시 알킬 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수산기를 함유하는 모노머 10∼40중량%; 및 탄소수 2∼5의 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 불포화 모노머 10∼70중량%를 60∼120℃에서 반응시켜 얻는 수평균분자량이 3,000∼30,000이며, 1-2.5㎛의 건조 도막두께에서 3.0-6.0의 유전율을 갖는 아크릴레이트 공중합체 10∼15중량%;Anion electrodeposition coating composition for forming a liquid crystal display pixel of the present invention for achieving the above object, in the electrodeposition coating composition, 0.5 to 30% by weight of a carboxylic acid selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid; 0.5 to 30% by weight of a reactant of glycidyl acrylate or glycidyl methacrylate, and a quaternary ammonium salt represented by
안트라퀴논계 안료 및 프탈로시아닌계 안료로부터 선택되는 평균입자직경 20-150nm의 안료 1∼5중량%;1 to 5 wt% of an average particle diameter of 20 to 150 nm selected from anthraquinone pigments and phthalocyanine pigments;
전착용 멜라민형 경화제 1∼3중량%;1-3% by weight of an electrodeposition melamine type curing agent;
유기용제 1∼5중량%;1 to 5% by weight of organic solvent;
카르복실기 1몰당 아민 0.5∼1몰; 및0.5-1 mol of amines per mol of carboxyl groups; And
나머지의 증류수로 이루어진다.Consisting of the remaining distilled water.
여기서, R1, R2는 H 또는 탄소수 1∼2의 알킬기이고, R3는 탄소수 1∼2의 알킬기 또는 히드록시알킬기이며, R4는 탄소수 1∼3의 알카노에이트이다.Here, R <1> , R <2> is H or a C1-C2 alkyl group, R <3> is a C1-C2 alkyl group or a hydroxyalkyl group, and R <4> is a C1-C3 alkanoate.
또한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 음이온 전착 도료 조성물의 사용방법은, 3∼100V의 직류전압에서 3∼300초동안 인가하여 전착하는 전착법을 이용하여 TFT기판의 투명전극층에 직접 픽셀을 형성하는 칼라 디스플레이용 픽셀 형성시에 상기 조성물을 사용하는 방법으로 이루어진다.In addition, the method of using an anion electrodeposition coating composition for achieving another object of the present invention, by using the electrodeposition method applied for 3 to 300 seconds at a DC voltage of 3 to 100V to form a pixel directly on the transparent electrode layer of the TFT substrate. It consists of the method of using the said composition at the time of forming the pixel for color displays.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
전술한 바와 같이, 본 발명의 전착 도료 조성물은, 수평균분자량이 3,000∼30,000이며, 1-2.5㎛의 건조 도막의 두께에서 3.0-6.0의 유전율을 갖는 아크릴레이트 공중합체, 안료, 경화제, 유기용제, 아민 및 증류수를 포함한다.As described above, the electrodeposition coating composition of the present invention has an number average molecular weight of 3,000 to 30,000, an acrylate copolymer having a dielectric constant of 3.0-6.0 at a thickness of a dry coating film of 1-2.5 μm, a pigment, a curing agent, and an organic solvent. , Amines and distilled water.
이에 본 발명에서는 전착 도료 조성물에 4차 암모늄염을 도입하여 수지의 유전율을 증가시켜 주면 통상적인 고분자 조성의 픽셀과는 달리(통상적인 고분자는 2.5이하의 유전율을 가짐) 액정의 구동에 영향을 주지 않으므로 추가적인 액정구동용 투명전극 형성공정이 불필요하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 4차 암모늄염을 도입한 아크릴레이트 공중합체를 제조함으로써 전기적 특성(유전율 및 건조도막의 두께)을 조절한다.Therefore, in the present invention, if the dielectric constant of the resin is increased by introducing a quaternary ammonium salt into the electrodeposition coating composition, unlike a pixel having a conventional polymer composition (the normal polymer has a dielectric constant of 2.5 or less), it does not affect driving of the liquid crystal. An additional process for forming a transparent electrode for driving a liquid crystal becomes unnecessary. Therefore, in the present invention, the electrical properties (dielectric constant and thickness of the dry coating film) are controlled by preparing an acrylate copolymer incorporating a quaternary ammonium salt.
본 발명의 아크릴레이트 공중합체는, 카르복실산 0.5∼30중량%; 하기 화학식 1로 표시되는 글리시딜 아크릴레이트 또는 글리시딜 메타크릴레이트, 및 4차 암모늄염의 반응물 0.5∼30중량%;The acrylate copolymer of the present invention is 0.5 to 30% by weight of carboxylic acid; 0.5 to 30% by weight of a reactant of glycidyl acrylate or glycidyl methacrylate, and a quaternary ammonium salt represented by Formula 1 below;
화학식 1
여기서, R1, R2는 H 또는 탄소수 1∼2의 알킬기이고, R3는 탄소수 1∼2의 알킬기 또는 히드록시알킬기이며, R4는 탄소수 1∼3의 알카노에이트(alkanoate)이고; 탄소수 2∼5의 히드록시 알킬 아크릴레이트 및 히드록시 알킬 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수산기를 함유하는 모노머 10∼40중량%; 및 탄소수 2∼5의 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 불포화 모노머 10∼70중량%를 60∼120℃에서 반응시켜 제조되며, 제조된 아크릴레이트 공중합체는 3,000∼30,000의 수평균분자량을 가지며, 1-2.5㎛의 건조 도막의 두께에서 3.0-6.0의 유전율을 갖는다.Wherein R 1 and R 2 are H or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, R 3 is an alkyl group or hydroxyalkyl group having 1 to 2 carbon atoms, and R 4 is an alkanoate having 1 to 3 carbon atoms; 10 to 40% by weight of a monomer containing at least one hydroxyl group selected from the group consisting of hydroxy alkyl acrylates and hydroxy alkyl methacrylates having 2 to 5 carbon atoms; And 10 to 70% by weight of at least one unsaturated monomer selected from the group consisting of alkyl acrylates and alkyl methacrylates having 2 to 5 carbon atoms at 60 to 120 ° C., and the prepared acrylate copolymer is 3,000 to 30,000. It has a number average molecular weight of and has a dielectric constant of 3.0-6.0 at a thickness of the dry coating film of 1-2.5㎛.
여기서, 아크릴레이트 공중합체의 수평균분자량이 3,000 미만이면 경화후 도막의 강도가 떨어져 추가 공정시 손상받기 쉬우며, 30,000을 초과하면 픽셀도막의 평활도가 떨어지는 문제가 있고, 또한 건조도막의 두께가 1㎛ 미만이면 색농도(color strength)의 조절이 어렵고, 2.5㎛를 초과하면 적절한 투과율 확보가 어렵게 되며, 유전율도 3.0 미만이면 원하는 전도성을 얻을 수 없다.Here, if the number average molecular weight of the acrylate copolymer is less than 3,000, the strength of the coating film after curing is easy to be damaged during the further process, and if it exceeds 30,000, the smoothness of the pixel coating film is deteriorated, and the thickness of the dry coating film is 1 If it is less than μm, it is difficult to control the color strength, and if it exceeds 2.5 μm, it is difficult to secure proper transmittance. If the dielectric constant is less than 3.0, desired conductivity may not be obtained.
상기 카르복실산은 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산 등으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 사용량이 0.5중량% 미만이면 수분산성이 떨어져 안료 입자의 응집현상이 발생하고, 30중량%를 초과하면 전착시 요구되는 전력 소모량이 커지게 된다.The carboxylic acid is selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, etc., when the amount of use is less than 0.5% by weight, the water dispersibility is poor, and the aggregation of pigment particles occurs. The consumption will increase.
또한, 상기 화학식 1의 글리시딜 아크릴레이트 또는 글리시딜 메타크릴레이트, 및 4차 암모늄염의 반응물은 소수성을 갖는 유기안료에 대한 친화력이 우수하여 안료입자들을 고유의 1차입자 크기로 분산시킴으로써 재응집 현상을 방지할 수 있는 작용기를 가지며, 사용량이 0.5중량% 미만이면 고투과율 확보에 필요한 절절한 분산성을 보이지 않게 되며 30중량%를 초과하면 수지의 점도가 커져서 안료의 분산에 소모되는 시간이 증가하게 된다. In addition, the reactants of the glycidyl acrylate or glycidyl methacrylate of the formula (1), and the quaternary ammonium salts have excellent affinity for organic pigments having hydrophobicity, so that the pigment particles are reaggregated by dispersing the pigment particles in a unique primary particle size. It has a functional group that can prevent the phenomenon, and if the amount is less than 0.5% by weight, it does not show the proper dispersibility necessary to secure a high transmittance, and when it exceeds 30% by weight, the viscosity of the resin increases to increase the time spent in dispersing the pigment. do.
또한, 상기 탄소수 2∼5의 히드록시 알킬 아크릴레이트 및 히드록시 알킬 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수산기를 함유하는 모노머로는, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 히드록시프로필 아크릴레이트, 히드록시프로필 메타크릴레이트, 히드록시부틸 아크릴레이트, 히드록시부틸 메타크릴레이트를 들 수 있으며, 그 사용량이 10중량% 미만이면 멜라민 경화제와의 가교 사이트가 적어져 경화강도가 떨어지며, 40중량%를 초과하면 적절한 분산성 확보가 곤란하다.Moreover, as a monomer containing at least one hydroxyl group selected from the group which consists of said C2-C5 hydroxy alkyl acrylate and hydroxy alkyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate and 2-hydroxyethyl meta Acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, hydroxybutyl acrylate, hydroxybutyl methacrylate, and when the amount is less than 10% by weight, there is less crosslinking site with melamine curing agent. Hardening strength falls, and if it exceeds 40% by weight, it is difficult to secure proper dispersibility.
상기 탄소수 2∼5의 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 불포화 모노머로는, 에틸아크릴레이트, 프로필아 크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트를 들 수 있으며, 그 사용량이 10중량% 미만이면 도막의 경도가 증가되어 표면 갈라짐(crack)이 나타나게 되고, 70중량%를 초과하면 도막의 표면 끈적임(sticky)이 커져 이물질 부착이 증가되는 문제가 있다.Examples of the at least one unsaturated monomer selected from the group consisting of alkyl acrylates and alkyl methacrylates having 2 to 5 carbon atoms include ethyl acrylate, propyl acrylate, methyl methacrylate and butyl acrylate. If the amount is less than 10% by weight, the hardness of the coating film is increased to cause cracks, and if it exceeds 70% by weight, the surface sticky of the coating film is increased, resulting in an increase in foreign matter adhesion.
또한, 상기 아크릴레이트 공중합체를 제조하는 반응온도가 60℃ 미만이면 반응성이 떨어져 미반응 모노머의 함량이 증가하고, 120℃를 초과하면 원하는 분자량을 얻을 수 없다.In addition, if the reaction temperature for producing the acrylate copolymer is less than 60 ℃ is less reactive, the content of the unreacted monomer increases, if it exceeds 120 ℃ it is not possible to obtain the desired molecular weight.
픽셀의 색을 부여하기 위해, 본 발명의 음이온성 전착 도료 조성물에 사용되는 안료는, 안트라퀴논계 안료 및 프탈로시아닌계 안료로부터 선택되며, 예를 들어 안트라퀴논계인 색색인 안료번호(C. I. Number) 적 147, 적 168, 적 177, 청 60 등과, 프탈로시아닌계인 색색인 안료번호 녹 7, 녹 36, 청 15:2, 청 15:3, 청 15:6 등이 적절하며, 부가적으로 색색인 안료번호 황 110, 황 139, 자 36 등을 혼용하여 사용할 수 있다. 상기 안료들의 평균입자직경은 20-150nm이며, 바람직하게는 10-100nm이고, 평균입자직경이 20nm 미만이면 안료의 분산이 어렵고 분산후에도 재응집이 일어나기 쉬우며, 150nm를 초과하면 픽셀의 고투과율 확보가 불가능하게 된다. 또한, 상기 안료의 사용량은 1∼5중량%가 바람직한데, 그 사용량이 1중량% 미만이면 최소 요구수준의 색농도 확보가 어렵고, 5중량%를 초과하면 고투과율 확보가 어려우며 수분산 안정성이 떨어진다.In order to impart the color of the pixel, the pigment used in the anionic electrodeposition paint composition of the present invention is selected from an anthraquinone pigment and a phthalocyanine pigment, for example, an anthraquinone pigment color (CI Number) red 147, red 168, red 177, blue 60 and the like, phthalocyanine-based colored pigment number green 7, green 36, blue 15: 2, blue 15: 3, blue 15: 6, etc. Sulfur 110, sulfur 139, ruler 36 and the like can be used in combination. The average particle diameter of the pigments is 20-150nm, preferably 10-100nm, if the average particle diameter is less than 20nm, it is difficult to disperse the pigment and re-agglomerate even after dispersion, if it exceeds 150nm to secure a high transmittance of the pixel Becomes impossible. In addition, the amount of the pigment is preferably used 1 to 5% by weight, if the amount is less than 1% by weight it is difficult to secure the minimum required level of color concentration, when it exceeds 5% by weight it is difficult to secure a high transmittance and the dispersion stability is poor .
또한, 픽셀 전극의 패턴공정시에 사용되는 용제들에 대한 내화학성을 만족시키기 위해 사용되는 경화제로는, 헥사메톡시메틸멜라민(HMMM, Hexamethoxymethyl melamine)을 주성분으로 하는 범용 경화제인 싸이멜(Cymel) 303과, 전기영동성이 우수한 전착용 멜라민형 변성 경화제로서, 싸이멜 1116, 싸이멜 1123, 싸이멜 1130, 싸이멜 1156 등을 들 수 있다. 또한, 상기 경화제의 사용량은 1∼3중량%가 바람직한데, 그 사용량이 1중량% 미만이면 적절한 경화강도의 확보가 어렵고, 3중량%를 초과하면 분산성 저하의 원인이 된다.In addition, as a curing agent used to satisfy the chemical resistance to the solvents used in the patterning process of the pixel electrode, Cymel, a general-purpose curing agent mainly composed of hexamethoxymethyl melamine (HMMM) 303 and the melamine type modified curing agent for electrodeposition excellent in electrophoresis are Cymel 1116, Cymel 1123, Cymel 1130, Cymel 1156 and the like. In addition, the amount of the curing agent used is preferably 1 to 3% by weight. If the amount of the curing agent is less than 1% by weight, it is difficult to secure appropriate curing strength. When the amount of the curing agent is more than 3% by weight, the dispersibility is reduced.
상기 조성물들의 점도 및 경화 거동을 조절하기 위해 사용되는 유기용제는 부틸 셀로솔브, 부톡시에틸아세테이트, 1-메톡시-2-프로판올 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 유기용제들은 물과의 혼용성을 갖는다. 또한, 상기 유기용제의 사용량은 1∼5중량%가 바람직한데, 그 사용량이 1중량% 미만이면 분산초기의 점도가 커져 분산 요구시간이 길어지며, 5중량%를 초과하면 도막의 두꼐가 증가하여 광특성이 저하된다.The organic solvent used to control the viscosity and curing behavior of the compositions is selected from the group consisting of butyl cellosolve, butoxyethyl acetate, 1-methoxy-2-propanol and methyl ethyl ketone, the organic solvents being water and Has compatibility. In addition, the amount of the organic solvent is preferably used in an amount of 1 to 5% by weight. If the amount is less than 1% by weight, the viscosity of the initial dispersion increases, so that the dispersion time is long, and when the amount exceeds 5% by weight, the coating thickness increases. The optical characteristic is lowered.
또한 희석제로 사용하는 물은 반드시 금속이온 및 기타 잡이온을 제거한 증류수를 사용하여야 한다.In addition, distilled water from which metal ions and other miscellaneous ions are removed must be used as the diluent.
또한, 전착수지의 카르복실기를 중화시켜 희석제인 물에 수용화하기 위해서는 유기 아민을 첨가하여야 한다. 본 발명에서 사용되는 아민으로는, 전착 수지 조성물의 저장안정성 측면에서 끓는점이 높은 3차 아민이 바람직하며, 예를 들어 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리에탄올아민, 트리프로판올아민 및 트리부탄올아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 아민이 바람직하고, 첨가량은 수지 중에 포함되어 있는 카르복실기의 몰수에 따라 변경할 수 있는데, 일반적으로 카르복실기 1몰당 0.5∼1몰의 아민이 첨가되어야 한다. 만약 0.5몰 미만의 아민이 첨가될 경우에는 수지의 이온화 정도가 부족하여 물에 대한 분산성이 떨어지게 되며 1.0몰을 초과하는 아민이 첨가될 경우에는 저장안정성이 나빠지게 된다.In addition, an organic amine must be added to neutralize the carboxyl group of the electrodeposition resin and solubilize it in water as a diluent. As the amine used in the present invention, a tertiary amine having a high boiling point in terms of storage stability of the electrodeposition resin composition is preferable, for example, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, triethanolamine, tripropanolamine and tri An amine selected from the group consisting of butanolamine is preferable, and the amount of addition may be changed depending on the number of moles of the carboxyl groups contained in the resin. Generally, 0.5 to 1 mole of the amine should be added per mole of the carboxyl groups. If less than 0.5 moles of amine is added, the degree of ionization of the resin is insufficient, resulting in poor dispersibility in water, and when more than 1.0 moles of amine is added, storage stability becomes poor.
ITO층의 주 구성물인 인듐.틴.옥사이드는 전착 공정시에 산에 의해 산화됨으로써 중화제가 산인 양이온 전착은 적용이 불가능하고, 수지에 도입되는 카르복실산(COOH)을 아민으로 중화시키면 COO-이온이 형성되어 음이온이 형성되며 물에 용해 가능해진다.. The main components of indium of an ITO layer of tin oxide when being oxidized by the acid during the electrodeposition process, a neutralizing agent is acid cation electrodeposition is applied is not possible, and neutralizing the carboxylic acid (COOH) which is introduced into the resin with an amine COO - ion This forms an anion and becomes soluble in water.
또한 필요에 따라 소포제, 평활제, 분산제 등 물성 개선에 필요한 첨가제 등도 병용할 수 있다.If necessary, additives necessary for improving physical properties such as an antifoaming agent, a smoothing agent, and a dispersing agent may be used in combination.
상기 전착 도료 조성물은, 고투과율 확보를 위해, 혼합한 후 안료의 1차 입자 크기로 분산시켜야 하기 때문에 물리적 충격을 가하는 분산 장치를 필요로 한다. 분산기의 선정은 수지의 특성 및 분산성에 따라 좌우되는데 상업적으로 이용가능한 볼밀(ball mill), 샌드밀(sand mill), 아트리터(attritor) 등이 있다. 분산시간은 분산과정에서 반복하여 입자 크기를 점검하여 최적의 필요시간을 설정하여야 한다. 분산 완료후의 분산입자는 50-200nm 범위의 평균입자크기가 바람직하며, 안료의 색깔별로 10-50nm 정도의 편차가 있다. 만일 분산입자크기가 200nm을 초과하면 90% 이상의 고투과율 확보가 불가능할 뿐만 아니라 전착면이 불균일하게 되며 장기 저장 안정성이 떨어진다.The electrodeposition coating composition requires a dispersing device that exerts a physical impact because it must be dispersed in the primary particle size of the pigment after mixing to ensure high transmittance. The choice of disperser depends on the properties and dispersibility of the resin, including commercially available ball mills, sand mills, attritors, and the like. Dispersion time should be set repeatedly to check the particle size and set the optimum time required. After the dispersion is completed, the dispersed particles have an average particle size in the range of 50-200 nm, and have a variation of about 10-50 nm for each color of the pigment. If the dispersed particle size exceeds 200 nm, not only high transmittance of more than 90% can be secured, but also the electrodeposition surface becomes uneven and the long-term storage stability is poor.
본 발명에 따른 음이온 전착 도료 조성물은 3∼100V의 직류전압에서 3∼300초동안 인가하여 전착하는 전착법을 이용하여 도 2와 같이, 기판위에 블랙 매트릭 스를 형성한 후 투명전극층(5)을 형성하며, 적색 필터 전착후에 녹색 및 청색 픽셀을 순차적으로 형성하는 방법이며, TFT기판의 투명전극층에 직접 픽셀을 형성하는 칼라 디스플레이용 픽셀 형성시에 사용되며, 상기 투명전극층은 ITO층(indium Tin Oxide)층을 들 수 있다.In the anion electrodeposition coating composition according to the present invention, a black matrix is formed on a substrate as shown in FIG. 2 by using an electrodeposition method applied for 3 to 300 seconds at a DC voltage of 3 to 100 V to form a
예를 들어, 본 발명에서의 전착법은, 전도성 투명 물질이 증착되어 있는 유리기판을 준비된 전착조에 넣고 기판에 형성된 전기전도회로를 양극, 스텐레스 기판을 음극으로 한 후 직류 전압을 가하여 실시할 수 있다.For example, the electrodeposition method according to the present invention may be carried out by placing a glass substrate on which a conductive transparent material is deposited into a prepared electrodeposition tank, applying an electric conductive circuit formed on the substrate to a cathode, a stainless substrate as a cathode, and then applying a DC voltage. .
또한 상기와 같이, 전착전압은 고투과율과 색 재현성을 만족하는 픽셀의 최소 두께에 부합되는 최소 전압을 설정하여야 하는데, 수지의 설계에 따라 크게 좌우된다. 일반적으로 3∼100V의 직류전압에서 3∼300초동안 인가하여 전착하는데, 바람직하게는 5∼100V에서 5∼300초 동안 실시한다.In addition, as described above, the electrodeposition voltage should be set to the minimum voltage corresponding to the minimum thickness of the pixel satisfying the high transmittance and color reproducibility, depending greatly on the design of the resin. Generally, electrodeposition is performed by applying for 3 to 300 seconds at a DC voltage of 3 to 100V, preferably 5 to 300 seconds at 5 to 100V.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1Example 1
4구 반응기에 89.1g의 디메틸에탄올아민을 사입하고 질소분위기 하에서 60℃까지 승온시킨다. 온도를 유지하면서 아세트산 60g을 반응기에 가한다. 온도를 85℃에서 1시간 유지 후 글리시딜메타크릴레이트 284.3g을 반응기에 2시간 동안 적하시킨다. 적하완료후 3시간 동안 온도를 유지하면서 잔유 에폭시 당량을 측정하여 반응완료 여부를 확인함으로써 글리시딜 메타크릴레이트 및 4차 암모늄염의 반응물(안료분산기 함유 단량체 1)을 제조하였다.Into a four-necked reactor, 89.1 g of dimethylethanolamine is charged and heated to 60 ° C. under a nitrogen atmosphere. 60 g of acetic acid is added to the reactor while maintaining the temperature. After maintaining the temperature at 85 ° C. for 1 hour, 284.3 g of glycidyl methacrylate was added dropwise into the reactor for 2 hours. After completion of dropping, the reaction product of the glycidyl methacrylate and the quaternary ammonium salt (pigment dispersant-containing monomer 1) was prepared by measuring the residual epoxy equivalent while maintaining the temperature for 3 hours to confirm the completion of the reaction.
또한, 4구 반응기에 100g의 부틸셀로솔브를 사입하고 질소분위기하에서 90℃까지 승온시킨다. 온도를 유지하면서 하기 표 1의 혼합물을 반응기에 3시간 동안 적하시켰다.In addition, 100 g of butyl cellosolve is added to a four-necked reactor and heated up to 90 ° C. under a nitrogen atmosphere. The mixture of Table 1 was added dropwise to the reactor for 3 hours while maintaining the temperature.
적하 완료후, 4시간 동안 반응을 유지시키면서 잔유 미반응물이 존재하지 않음을 반응완료 후 고형분 함량을 측정하여 확인하였다. 이렇게 하여 얻어진 아크릴레이트 공중합체(전착수지 1)의 분자량은 GPC로 측정한 결과, 25,000이었다.After completion of the dropping, it was confirmed by measuring the solids content after the completion of the reaction that the remaining unreacted product was not present while maintaining the reaction for 4 hours. The molecular weight of the acrylate copolymer (electrodeposit 1) obtained in this way was 25,000 when measured by GPC.
이렇게 제조된 아크릴레이트 공중합체를 하기 표 2와 같은 성분과 함께 2000ml 용기에서 혼합하여 고속으로 2시간 동안 교반하였다. 상기 용기에 300g의 증류수를 교반하면서 서서히 첨가한 후 1시간 동안 고속 교반한다. 이어서 500g의 유리비드를 넣고 용기를 밀봉한 후 레드 데빌 밀러(red devil miller)로 4시간 동안 분산시킨다. 분산완료 후 교반하면서 증류수를 서서히 첨가하여 전착수지 조성물의 고형분 농도를 10%로 맞춘다. The acrylate copolymer thus prepared was mixed in a 2000 ml container with the components shown in Table 2 below and stirred at high speed for 2 hours. 300 g of distilled water was slowly added to the vessel while stirring, followed by high speed stirring for 1 hour. 500 g of glass beads are then added and the container is sealed and dispersed for 4 hours using a red devil miller. After completion of the dispersion, distilled water is slowly added while stirring to adjust the solid content concentration of the electrodeposition resin composition to 10%.
1), 4) 시바 스페셜티사 제조1), 4) Ciba Specialty Corporation
2), 3), 5) 훽스트사 제조 2), 3), 5) Hoechst Co., Ltd.
6) 쇼와 케미칼사 제조6) Showa Chemical Corporation
이렇게 하여 준비된 전착조 용액에 ITO층이 화학적으로 증착된 후 패턴과정을 거친 픽셀전극이 형성되어 있는 기판(10cm×10cm)을 양극으로 하고 동일 크기의 스텐레스 강판을 음극으로 하여 담근후, 전착액의 온도를 25℃로 조절한다.After the ITO layer was chemically deposited on the prepared electrode solution, the substrate (10cm × 10cm) on which the patterned pixel electrode was formed was used as an anode, and the same size stainless steel plate was used as the cathode. The temperature is adjusted to 25 ° C.
1-2.5마이크론 두께의 픽셀 박막을 형성할 수 있는 전착전압 2∼30V를 5∼300초간 인가하여 전착을 실시하였다. 전착이 완료된 후 상기 기판을 증류수로 세정하여 잔유 미 전착물질을 제거하고 필요시 수분을 질소로 건조시킨다. 계속하여, 동일한 방법으로 나머지 색(적, 녹, 청 순서 무관)에 대해서도 반복하여 전착을 실시하였다. 도 2와 같이, 삼색의 픽셀 박막의 형성을 완료한 후 200℃로 미리 설정되어 있는 오븐에서 30분간 방치하여 잔유 용제의 제거 및 경화를 실시하였다. 완성된 픽셀박막의 물성의 측정결과를 하기 표 5에 나타내었으며, 투과율은 도 3과 같다.Electrodeposition was performed by applying an electrodeposition voltage of 2 to 30V for 5 to 300 seconds to form a pixel thin film having a thickness of 1 to 2.5 microns. After electrodeposition is complete, the substrate is washed with distilled water to remove unremained electrodeposited material and, if necessary, dried with nitrogen. Subsequently, electrodeposition was repeated for the remaining colors (red, green, and blue independence) in the same manner. After completing the formation of the tricolor pixel thin film as shown in FIG. Measurement results of the physical properties of the completed pixel thin film are shown in Table 5 below, and the transmittance is as shown in FIG. 3.
실시예 2Example 2
117.19g의 디에틸에탄올아민을 이용하여 글리시딜 메타크릴레이트 및 4차 암모늄염의 반응물(안료분산기 함유 단량체 2)을 제조하였고, 하기 표 3의 성분으로 27,000의 분자량을 갖는 아크릴레이트 공중합체(전착수지2)를 제조하여 이를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 픽셀박막을 제조하였고, 완성된 픽셀박막의 물성의 측정결과를 하기 표 5에 나타내었다.Using 117.19 g of diethylethanolamine, a reaction product of glycidyl methacrylate and a quaternary ammonium salt (pigment dispersant-containing monomer 2) was prepared, and an acrylate copolymer (electrodeposition) having a molecular weight of 27,000 as a component of Table 3 below. A
비교예 1Comparative Example 1
4구 반응기에 73.14g의 디에틸아민을 사입하고 질소분위기 하에서 105℃까지 승온시킨다. 온도를 유지하면서 글리시딜메타크릴레이트 284.3g을 반응기에 2시간 동안 적하시켰다. 적하완료후 3시간동안 온도를 유지하면서 잔유 에폭시 당량을 측정하여 반응완료 여부를 확인하여 단량체 3을 제조하였고, 하기 표 4의 성분으로 혼합하여 25,000의 분자량을 갖는 아크릴레이트 공중합체(전착수지 3)를 제조하여 이를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 픽셀박막을 제조하였고, 완성된 픽셀박막의 물성의 측정결과를 하기 표 5에 나타내었다.73.14 g of diethylamine was added to a four-necked reactor and the temperature was raised to 105 ° C. under a nitrogen atmosphere. 284.3 g of glycidyl methacrylate was added dropwise into the reactor for 2 hours while maintaining the temperature. After completion of dropping, maintaining the temperature for 3 hours to determine the completion of the reaction by measuring the residual epoxy equivalent to prepare a
도 3에는 녹색, 적색, 청색의 고투과율 확보 및 피크 정합성을 나타내는데, 상기 박막의 내열성 평가 결과 200℃, 4시간 소결시에도 질량 및 외관의 변화는 나타나지 않으며, 제조공정시 사용되는 유기용제에의 침적 실험결과도 동일하였다. 따라서, 상기 분석결과로서 고투과성, 내열성, 내화학성, 및 4∼6의 적정 유전율을 확보함으로써 액정 픽셀에 영향을 주지 않으며, 공정시간을 단축하고 수율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.3 shows high transmittance and peak consistency of green, red, and blue. As a result of evaluation of the heat resistance of the thin film, no change in mass and appearance is observed even after sintering at 200 ° C. for 4 hours, and the organic solvent used in the manufacturing process The results of the deposition experiments were also the same. Therefore, it can be seen that as a result of the analysis, high permeability, heat resistance, chemical resistance, and proper dielectric constant of 4 to 6 can be obtained without affecting the liquid crystal pixel, and shortening the processing time and improving the yield.
상기 실시예 및 비교예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 4차 암모늄염을 도입한 본 발명에 따른 조성물을 전착법으로 기판에 직접 사용함으로써, 고투과성, 내열성, 내화학성, 및 액정 픽셀에 영향을 주지 않으며, 공정시간을 단축하고 수율을 향상시킬 수 있다.As can be seen from the above examples and comparative examples, by using the composition according to the present invention incorporating the quaternary ammonium salt directly on the substrate by electrodeposition, it does not affect the high permeability, heat resistance, chemical resistance, and liquid crystal pixels. Can shorten the process time and improve the yield.
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KR20010066314A (en) | 2001-07-11 |
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