KR20230041335A - 봉지재 조성물 및 발광 소자 - Google Patents

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KR20230041335A
KR20230041335A KR1020210124817A KR20210124817A KR20230041335A KR 20230041335 A KR20230041335 A KR 20230041335A KR 1020210124817 A KR1020210124817 A KR 1020210124817A KR 20210124817 A KR20210124817 A KR 20210124817A KR 20230041335 A KR20230041335 A KR 20230041335A
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encapsulant
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이주영
김경종
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Abstract

본 발명은 모노머 화합물; 및 개시제;를 포함하고, 상기 모노머 화합물은, 제1 모노머; 및 제2 모노머를 포함하고, 상기 제1 모노머는 화학식 1로 표시되고, 상기 제2 모노머는 2개 이상의 관능기를 가지는 다관능 모노머를 포함하고, 상기 관능기는 아크릴레이트(acrylate) 및 메타크릴레이트(methacrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 봉지재 조성물 및 상기 봉지재 조성물의 유기 경화막을 포함하는 발광 소자를 제공한다.

Description

봉지재 조성물 및 발광 소자 {Encapsulation composition and light emitting device}
본 발명은 봉지재 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 봉지재 조성물, 상기 봉지재 조성물로부터 형성된 유기 경화막, 상기 유기 경화막을 포함하는 적층체 및 발광 소자에 관한 것이다.
발광 소자, 특히 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device; OLED)는 TV, 컴퓨터, 모바일 통신기기 등에 사용되는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트(contrast)가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있어, 매우 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있다.
다만 유기 발광 소자가 산소, 수분 및 자외선에 노출되는 경우, 열화 현상에 의해 물성 및 수명이 저하되는 문제점이 발생하기 때문에, 산소, 수분 및 자외선으로부터 유기 발광 소자를 보호할 수 있는 밀봉 수단이 소자에 도입되고 있다. 예를 들어 가스 및 수분에 대한 차단 특성을 가지는 유기층과 기계적 성질이 우수한 무기층을 교차로 적층한 밀봉 수단이 고려되고 있다. 이때 무기층은 증착 방식을 통해 형성되고, 유기층은 잉크젯 프린팅을 이용하여 형성될 수 있다.
한편, 최근에는 유기 발광 소자의 박막화, 고해상도 기술이 개발되면서 다양한 구동 불량 원인들이 제기되는데, 그 중 하나로서 외부 정전기가 유입되는 경우 전기적 신호를 방해하게 되므로 구동 불량을 일으키게 된다. 이를 해소하기 위하여, 봉지층의 유전율을 낮추어 구동 불량 문제를 해소하는 것이 중요하다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들은 광경화성 모노머들이 경화성과 유전율간 양립되지 않는 특성을 보이는 것을 확인하고, 경화성과 유전율 개선에 최적화된 조성을 제공하여 발광 소자에 외부 정전기가 유입되더라도 전기적 신호를 방해하지 않아 구동 불량문제를 해소할 수 있고, 정전 용량 교란을 방지할 수 있는 봉지재 조성물 및 이를 포함하는 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 모노머 화합물; 및 개시제;를 포함하고, 상기 모노머 화합물은, 제1 모노머; 및 제2 모노머를 포함하고, 상기 제1 모노머는 하기 화학식 1로 표시되고, 상기 제2 모노머는 2개 이상의 관능기를 가지는 다관능 모노머를 포함하고, 상기 관능기는 아크릴레이트(acrylate) 및 메타크릴레이트(methacrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 봉지재 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R은 수소(H) 또는 메틸기(methyl group)이고, n은 5 내지 9의 정수이다.
상기 제2 모노머는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, R 및 R'는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 메틸기(methyl group)이고, n은 10 내지 14의 정수이다.
상기 제1 모노머 및 제2 모노머 전체 100중량부에 대하여, 상기 제1 모노머는 35 내지 50 중량부로 포함하고, 상기 제2 모노머는 50 내지 65 중량부로 포함할 수 있다.
상기 개시제는 모노머 화합물 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 포함할 수 있다.
상기 봉지재 조성물은 섭씨 25도에서, 액상 유전율이 4.45 이하일 수 있다.
상기 봉지재 조성물은 경화 시 고체상 유전율이 2.75 이하일 수 있다.
상기 봉지재 조성물은 섭씨 25도에서, 점도가 1 내지 25 cPs일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 하나 이상의 표면이 전술한 봉지재 조성물의 유기 경화막을 갖는 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 봉지재 조성물은 저유전율을 나타내어 유전박막화, 고해상도화시 기판에 외부 정전기가 유입되어 전기적 신호를 방해하여 구동에 영향을 주던 문제를 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 봉지재 조성물은 저유전율을 나타내어 정전 용량 교란이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 봉지재 조성물은 저유전율을 가지면서도 유전율과 양립되지 않는 물성으로 알려진 경화 특성을 확보하였으며, 개선된 저장안정성과 제팅 퍼짐성을 제공하여 잉크젯 공정에 사용 가능할 뿐 아니라 발광 소자의 물성에 대한 신뢰안정성과 수명 특성을 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 봉지재 조성물은 봉지막을 추가로 형성하지 않더라도 봉지재의 특성을 제공하는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 아래에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위한 예시적 목적으로 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로, 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 구성 요소는 동일 참조 부호로 지칭될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략된다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이라는 표현이 사용되지 않는 이상, 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소가 단수로 표현된 경우, 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함한다. 또한, 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부 (lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 마찬가지로, 예시적인 용어인 "위" 또는 "상"은 위와 아래의 방향을 모두 포함할 수 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시될 수도 있다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술 용어 및 과학 용어는 다른 언급이 없는 한 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
또한, 이하 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어를 해석함에 있어서는, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 반드시 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석할 것이 아니며, 본 명세서에서 기재하는 바에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석하여야 한다.
본 발명에 관한 일 구현예에서, 본 발명은 기판에 인쇄하고 광경화시킬 수 있는 봉지재 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 봉지재 조성물은 봉지재의 유기층을 형성할 수 있는 유기 조성물에 관한 것이다.
본 명세서에서 "인쇄"란 프린팅, 잉크젯팅을 포함하여 다양한 코팅을 의미할 수 있다.
상기 유기 조성물의 경화물을 포함하는 봉지재는 유기발광소자 상에 위치하여 유기발광소자의 유기층이 물리적 충격으로부터 손상되거나 산소 또는 수분과 같은 외부 침투물질로부터 손상되는 것을 억제 또는 방지하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 봉지재의 유기 경화막용 조성물은, 봉지재 고유의 발광소자 보호기능뿐 아니라 전기적 신호 방해요소가 되는 정전기를 효과적으로 유입을 방지하도록 구성된다.
본 발명에서, 상기 봉지재 조성물은 무용제형 광경화성 조성물일 수 있다. 즉, 후술하는 봉지재용 유기 경화막을 형성하는데 사용되는 조성물은 무용제형이고, 광경화 가능한 성분을 포함하는 조성물일 수 있다.
본 명세서에서 "무용제형 조성물"은 조성물이 용제, 예를 들어 유기 용제 또는 수성 용제 등을 포함하지 않는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "광경화성 조성물"이란 광 조사에 따른 라디칼 중합에 의해 경화될 수 있는 조성물을 의미한다. 광경화는 예를 들어, 마이크로파, 적외선, 자외선, 감마선과 같은 전자기파, 혹은 알파-입자선, 프로톤빔, 뉴트론빔 등의 전자선과 같은 입자빔의 조사에 의해 수행될 수 있다.
구체적인 광경화 조건은 특별히 한정하는 것은 아니나, 예를 들어 자외선에 의해 광경화가 이루어질 경우 그 파장은 근자외선 영역인 290 내지 400nm를 포함하는 범위 내일 수 있고, 자외선이 조사되는 총 시간 동안 광의 세기는 400 mW/cm2 이하, 또는 100 내지 400 mW/cm2 범위이고, 광량은 300 내지 2500 mJ/cm2, 또는 500 내지 1500 mJ/cm2 범위일 수 있다.
용제형 조성물과 대비해보면, 무용제형 조성물을 사용하면 용제 건조공정이 생략될 수 있어 공정 효율을 도모할 수 있고, 용제로 인한 기포 발생 및 이로 인한 봉지재의 기능 저하 단점을 해소할 수 있다.
또한, 무용제형 조성물은 봉지재 조성물 내 자체 수분 함량을 저감할 수 있어 수분에 취약한 유기발광소자에 적합한 이점을 갖는다.
또한, 상기 조성물은 잉크젯 프린팅에 의해 기판 상에 도포되는 조성물일 수 있다. 통상, 잉크젯 프린팅은 여러 개의 노즐을 연결한 멀티헤드를 사용하므로 대량 생산 등에 유리하다. 잉크젯 프린팅에 적용될 수 있도록 상기 조성물은 하기 설명되는 점도 및 표면 에너지(장력)을 만족하도록 구성된다.
광경화가 가능하도록 상기 조성물은 광경화성 관능기를 가지는 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 조성물은 제1 모노머를 포함하여 유전율을 낮춘 조성물로서 제공할 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 용어 유전율은 달리 특정하지 않는 한 액상 유전율을 지칭한다. 구체적인 측정 방법은 후술하는 실험예에 개시한다.
상기 유전율을 낮추기 위해서는 극성이 낮은 단량체를 사용해야 하는데, 극성이 낮은 단량체라 하더라도 자체 유전율이 낮은 단량체의 경우, 광경화시 라디칼을 발생하는 관능기가 1개인 경우가 많아 광경화시키더라도 경화막이 형성되지 않는 등, 유전율과 경화 특성은 서로 양립되지 않는 관계에 있다.
따라서, 부족한 경화 특성을 보상할 수 있는 단량체, 예를 들어 자체 유전율이 높으나 광경화시 라디칼을 발생하는 관능기를 충분히 갖고 광경화시 원하는 경화막을 형성할 수 있는 단량체를 병용 사용하여 유전율을 종래 대비 10% 이상 현저하게 낮추면서 저장 안정성과 충분한 제팅 퍼짐성을 제공하는 봉지재 조성물을 제공하게 된다.
유전율 저감도를 수치화하도록, 봉지재 조성물에서 측정한 유전율을 C라 하고, 산업계에서 기존 봉지재 조성으로 알려진 1,14-테트라데칸 디메타크릴레이트를 단독으로 포함한 봉지재 조성물에서 측정한 유전율값 4.48을 D라 하여 기준값으로 하여, 하기 식 1로 계산된 C와 D간 상관관계는 10 이상, 12 이상, 12 내지 20, 20 내지 30, 또는 12 내지 18일 수 있다. 상기 범위 내에서 전술한 경화 특성과 유전율간 양립되지 않는 특성을 극복하고 개선된 경화 성능과 현저하게 저감된 유전율을 동시 제공할 수 있어 바람직하다. 이때, 식 1의 계산값이 10 이상이란 전술한 기준값(D, 4.48) 대비 10% 이상 유전율이 개선되며 이때 경화 특성 또한 확보된 것으로 해석될 수 있다.
[식 1]
(D-C)/D x 100
본 발명의 실시예에 따른 봉지재 조성물은 모노머 화합물 및 개시제를 포함한다. 모노머 화합물은 제1 모노머 및 제2 모노머를 포함하고, 제1 모노머는 하기 화학식 1로 표시되며, 제2 모노머는 2개 이상의 관능기를 가지는 다관능 모노머를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00003
상기 화학식 1에서, R은 수소(H) 또는 메틸기(methyl group)이고, n은 5 내지 9의 정수이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모노머 화합물은, 상기 화학식 1로 표시되는 제1 모노머를 포함한다.
상기 화학식 1에 따르면, 제1 모노머는 광경화성 관능기로서 아크릴레이트기 또는 (메트)아크릴레이트기를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1에서, n은 바람직하게 5, 또는 7, 또는 9일 수 있다.
구체적인 예로, 제1 모노머는 하기 화학식 1-1 내지 1-6으로 표시되는 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00004
[화학식 1-2]
Figure pat00005
[화학식 1-3]
Figure pat00006
[화학식 1-4]
Figure pat00007
[화학식 1-5]
Figure pat00008
[화학식 1-6]
Figure pat00009
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모노머 화합물은, 상기 화학식 1로 표시되는 제1 모노머 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 모노머는 2.90 내지 3.50, 바람직하게 3.00 내지 3.30의 제1 유전율을 가질 수 있다.
제1 모노머의 제1 유전율이 2.90 내지 3.50인 경우, 경화와 유전율의 양립 문제를 해소하면서 조성물에서 측정한 유전율을 종래 대비 10% 이상 낮추면서 제팅 퍼짐성과 고상 투과도를 제공할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 모노머는 상온에서 액상일 수 있다. 제1 모노머가 상온에서 액상인 경우, 저장 안정성이 양호하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모노머 화합물은, 제2 모노머를 더 포함하고, 제2 모노머는 2개 이상의 관능기를 가지는 다관능 모노머를 포함한다. 관능기는 아크릴레이트(acrylate) 및 메타크릴레이트(methacrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
극성이 낮은 단량체의 경우, 광경화 시 라디칼을 발생하는 관능기가 1개인 경우가 많아 광경화시키더라도 경화막이 형성되지 않는 등, 유전율과 경화 특성은 서로 양립되지 않는 관계에 있다.
따라서, 부족한 경화 특성을 보상할 수 있는 단량체, 예를 들어 자체 유전율이 높으나 광경화시 라디칼을 발생하는 관능기를 충분히 갖고 광경화시 원하는 경화막을 형성할 수 있는 단량체를 병용 사용하여 유전율을 종래 대비 10% 이상 현저하게 낮추면서 우수한 저장 안정성과 충분한 제팅 퍼짐성을 갖는 봉지재 조성물을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노머 화합물은, 제2 모노머를 더 포함하여 유전율을 낮추면서 우수한 저장 안정성과 제팅 퍼짐성을 갖는 봉지재 조성물을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 모노머는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00010
상기 화학식 2에서, R 및 R'는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 메틸기(methyl group)이고, n은 10 내지 14의 정수이다.
상기 화학식 2에 따르면, 제2 모노머는 광경화성 관능기로서 아크릴레이트기 또는 (메트)아크릴레이트기를 갖는 것일 수 있다.
제2 모노머는 광경화성 작용기를 2개 이상 갖는 다관능성 모노머로서, 다관능성 모노머를 사용할 경우 경화 속도를 빠르게 확보할 수 있어 경화 시간이 단축될 수 있고 이에 따라 봉지재용 유기 경화막에 요구되는 물성을 확보하는데 유리할 수 있다.
라디칼 반응을 이용한 광경화를 통해 경화막을 형성하는 경우 봉지재 조성물의 표면층에서는 공기 중 산소의 영향으로 라디칼 발생이 저감되면서 중합속도가 늦어지는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 경화막의 두께가 얇아질수록 필름 내부 대비 표면의 비율이 높아져 상기 현상에 따른 중합속도 저하 문제가 더욱 발생할 수 있다. 이러한 점을 고려할 때 다관능성 모노머를 사용함으로써, 경화 속도를 향상시키고, 경화 시간을 단축시킴으로써, 봉지재용 유기 경화막에 요구되는 물성을 용이하게 확보할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 2에서, n은 바람직하게 10, 또는 12, 또는 14일 수 있다.
구체적인 예로, 제2 모노머는 하기 화학식 2-1 내지 2-6으로 표시되는 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00011
[화학식 2-2]
Figure pat00012
[화학식 2-3]
Figure pat00013
[화학식 2-4]
Figure pat00014
[화학식 2-5]
Figure pat00015
[화학식 2-6]
Figure pat00016
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모노머 화합물은, 상기 화학식 2로 표시되는 제2 모노머 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 모노머는 4.20 내지 5.30, 바람직하게 4.40 내지 5.15의 제2 유전율을 가질 수 있다.
제2 모노머의 제2 유전율이 4.20 내지 5.30인 경우, 경화와 유전율의 양립 문제를 해소하고, 조성물에서 측정한 유전율을 종래 대비 10% 이상 낮출 뿐 아니라 제팅 퍼짐성, 고상 투과도 등을 함께 제공할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 모노머는 상온에서 액상일 수 있다. 제2 모노머가 상온에서 액상인 경우, 저장 안정성이 증가한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모노머 화합물은, 제1 모노머 및 제2 모노머 전체 100중량부에 대하여, 제1 모노머를 35 내지 50 중량부로 포함하고, 제2 모노머를 50 내지 65 중량부로 포함할 수 있다.
모노머 화합물이 제1 모노머 및 제2 모노머 전체 100중량부에 대하여, 제1 모노머를 35 내지 50 중량부로 포함하고, 제2 모노머를 50 내지 65 중량부로 포함하는 경우, 봉지재 조성물의 유전율을 소정의 범위까지 감소시키면서 우수한 저장 안정성과 제팅 퍼짐성을 가질 수 있다. 또한, 박막화, 고해상도화 발광 소자에 의해 외부 정전기가 유입되더라도 구동 불량을 일으키지 않으며, 봉지재 조성물로서 사용하기에 바람직한 점도 범위인 1~25 cPs 범위를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지재 조성물은 개시제를 포함한다. 개시제는 외부로부터 빛에너지를 흡수해 모노머 화합물을 광경화시키는 라디칼을 각 모노머의 아크릴 말단기에 제공할 수 있다.
개시제는 일례로, 분자 내에 헤테로 원자를 함유하고 라디칼을 제공하는 골격과 상기 골격에 카보닐 연결기에 의해 연결되며 적어도 하나의 아릴 말단기를 함께 포함하는 물질을 사용할 수 있다.
구체적인 예로, 상기 개시제는 하기 화학식 3 및 4 중 어느 하나로 나타내는 골격 구조를 가지는 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00017
[화학식 4]
Figure pat00018
전술한 골격 구조에 카보닐 연결기에 의해 연결되는 말단 구조는 일례로, 하기 화학식 5를 가질 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00019
또한, 개시제는 500nm 이하, 또는 380~410nm 범위에서 흡수 파장을 갖는 물질을 사용함에 따라 광경화 효과를 개선할 수 있다.
구체적인 예로, 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤(1-hydroxy cyclrohexylphenyl ketone, Irgacure 184) 등의 하이드록시케톤계열, 2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-[4-(4-모포리닐)페닐]-1-부타논, Irgacure 369), 알파-아미노아세토페논(Irgacure 907) 등의 아미노케톤 계열, 벤질디메틸케탈(Irgacure-651) 등의 벤질디메틸케탈 계열, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸 벤조일)(Irgacure 819) 등의 비스-아실 포스파인(bis-acyl phosphine) 계열, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀 옥사이드(TPO) 등의 모노-아실 포스파인(mono-acyl phosphine) 계열 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 열안정제, UV안정제 및 산화방지제로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 포함할 수 있으며, 기타 다양한 종류의 첨가제가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 개시제는 모노머 화합물 총 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하, 바람직하게 0.1 내지 10 중량부일 수 있고, 상기 범위 내에서 봉지재 조성물에 외부로부터 빛에너지가 유입되면 도막을 형성하기에 적절한 라디칼을 상기 봉지재 조성물을 구성하는 제1 모노머와 제2 모노머 각각의 아크릴 말단기에 공급하기에 적절하다.
이때 빛에너지는 예를 들어 빛의 강도가 400mW/cm2 이하, 100~400mW/cm2 또는 200~400mW/cm2인 레이저 또는 플라즈마로부터 제공되는 것일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지재 조성물에 악영향을 미치지 않는 범위 내에서 추가로 계면활성제, 기판과의 부착을 강화하기 위한 접착보조제, 안정제, 접착 촉진제, 경화 촉진제, 열중합 억제제, 분산제, 가소제, 충전제, 소포제 등을 포함할 수 있다.
이들 첨가제는 봉지재 조성물 전체 중량에 대하여 0.001 내지 10 중량%의 함량으로 사용될 수 있다. 이때, 상기 범위를 벗어나는 경우 경화막의 투과성, 내열성, 무기 장벽층에의 부착성, 제팅안정성 등이 불량할 수 있다.
이때, 계면활성제는 도포성, 소포성, 레벨링성 등을 향상시킬 수 있으며, BM-1000, BM-1100, 메가팍 F142D, 메가팍 F172, 메가팍 F173, 메가팍 F183, 플로라드 FC-135, 플로라드 FC-170C, 플로라드 FC-430, 플로라드 FC-431, 사프론 S-112, 사프론 S-113, 사프론 S-131, 사프론 S-141, 사프론 S-145, SH-28PA, SH-190, SH-193, SZ-6032, SF-8428 등의 불소계 계면 활성제를 들 수 있다.
또한 접착 보조제로서 카르복실기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 에폭시기 등의 반응성 치환기를 갖는 실란 커플링제를 들 수 있다. 구체적인 예로, 트리메톡시실릴벤조산, γ-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지재 조성물은 실리콘 유래의 단위를 포함하지 않을 수 있다. 실리콘 유래의 단위를 포함하는 경우, 고온 조건하에 실록산계 아웃가스가 발생하여 발광소자에 손상을 줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지재 조성물은 경화전 수분 함량이 20ppm 이하를 만족하는 조성물일 수 있다. 통상의 발광소자들은 수분에 취약하기 때문에 필요한 경우 수분 제거 공정을 거쳐 경화전 수분 함량을 20ppm 이하로 조절할 수 있다.
잉크젯 공정과 관련하여 봉지재 조성물은 잉크젯 공정에 적합한 점도, 예를 들어, 섭씨 25도 조건에서 Brookfield 점도계로 측정한 점도가 1 내지 25 cPs 일 수 있다. 상온 조건에서 봉지재 조성물의 점도가 1 내지 25 cPs인 경우, 인쇄 성능 및 경화 성능을 모두 개선할 수 있어 바람직하다. 참고로, 점도가 너무 높으면 잉크젯 노즐에서 토출되기 어렵고, 점도가 너무 낮으면 흐름성이 증가되어 적절한 두께의 도막을 형성하기 어렵다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지재 조성물은 잉크젯 헤드로부터의 토출이 용이하도록 20 내지 45 mN/m 범위 내의 표면 에너지(장력)을 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 잉크젯 장비에서 원활히 분사될 수 있는 잉크 특성을 제공할 수 있어 바람직하다. 참고로, 잉크의 표면에너지가 크면 잉크방울이 비산되는 현상이 발생하고, 표면에너지가 작으면 기판과 충돌시 용액의 퍼짐성 혹은 분산성이 증가할 수 있다. 상기 표면 에너지(장력)의 측정은 공지된 다양한 방법으로 측정할 수 있으며, 일례로 25도 조건에서 Ring Method에 의해 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지재 조성물은 섭씨 25도 조건에서 측정한 액상 유전율이 4.45 이하일 수 있다. 바람직하게, 봉지재 조성물은 섭씨 25도 조건에서 측정한 액상 유전율이 3.20 내지 4.45일 수 있다. 상기 조건에서 액상 유전율이 4.45 이하인 봉지재 조성물은 외부 정전기가 도막에 유입되더라도 발광 소자에 구동 불량을 일으키지 않고, 봉지재를 추가로 구비하지 않더라도 산소, 수분, 자외선으로부터 도막을 효과적으로 보호할 수 있다.
종래 양산되는 조성물의 액상 유전율은 약 4.50 이상 6.20 이하 범위로서, 전극간의 기생 커패시턴스가 발생하거나 정전 용량 교란을 충분히 방지하지 못하는 부적합한 면이 있었다. 그러나 상기 구성으로 형성된 봉지재 조성물은 4.45 이하, 바람직하게 3.20~4.45 범위의 유전율을 가질 수 있다. 다만, 유전율을 낮추는 것이 정전 용량 교란 방지에 유리하기 때문에 하한은 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉지재 조성물은 395nm 파장 및 N2 분위기 하에서 1000mJ로 측정한 경화특성이 95% 이상인 것이 발광 소자의 물성을 개선한 도막을 효과적으로 제작할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 봉지재 조성물은 UV-Vis spectrometer를 사용하여 측정한 광학 특성이 95% 이상인 것이 발광 소자의 물성과 함께 발광 특성을 개선할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 봉지재 조성물에 빛의 강도가 400mW/cm2 이하인 레이저 또는 플라즈마를 광 조사하는 단계를 포함하되, 상기 광 조사에 의해 발생하는 라디칼의 작용에 의해 증대된 표면 경화도를 제공하는 에틸렌계 불포화 이중결합을 함유하는 화합물의 광중합 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉지재 조성물을 유기 경화막 상태로 경화하여 경화막에서 측정한 고체상 유전율이 2.75 이하일 수 있다. 경화 시의 고체상으로 측정한 유전율이 2.75 이하인 봉지재 조성물은 유기발광소자에 적용될 경우, 외부 정전기로부터 도막을 보호하여 발광 소자의 구동 불량을 방지하기에 적절하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지재 조성물은 파장 범위가 290 내지 400nm, 광의 세기가 100 내지 400 mW/cm2, 광량이 300 내지 2500 mJ/cm2의 조건에서, UV 경화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지재 조성물은 상온에서 액상의 형태로 존재하여, 저장 안정성이 우수하다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 전술한 조성물의 경화물을 포함하는 유기 경화막을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 봉지재용 유기 경화막의 두께는 0.5~ 100um, 1~90um, 또는 5~70um일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 봉지재를 제공한다. 구체적으로 상기 봉지재는 상기 봉지재용 유기 경화막; 및 금속을 포함하는 무기층을 포함할 수 있다.
상기 무기층은 금속 성분을 포함할 수 있다. 상기 무기층은 또한 금속 박막일 수 있다.
일 예시에서, 상기 무기층은 Al, Zr, Ti, Hf, Ta, In, Sn, Zn, Ce 및 Si로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다. 상기 무기층은 증착에 의해 형성될 수 있다. 이때 구체적인 증착 공정은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 무기층이 Si 성분을 포함하는 경우, 무기층은 SiNx 박막 및/또는 SiOx 박막을 가질 수 있다.
본 발명에 관한 또다른 구현예에 따르면, 하나 이상의 표면이 봉지재 조성물의 유기 경화막을 갖는 발광 소자를 제공한다.
상기 발광 소자의 구성은 특별히 제한되지 않으며, 해당 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 구성을 가질 수 있다.
상기 경화막은 일례로 인쇄 잉크, 인쇄 플레이트, 봉지재, 전자소자용 포토레지스트, 전기도금 레지스트, 에칭 레지스트, 액체 및 건조 필름, 솔더 레지스트, 다양한 디스플레이 적용을 위한 컬러 필터를 제조하기 위한 레지스트, 플라즈마-디스플레이 패널, 전계발광 디스플레이 및 LCD의 제조 공정에서의 구조체를 생성하기 위한 레지스트, LCD용 스페이서 제조를 위한 조성물, 홀로그래피 데이터 저장 (HDS)을 위한 조성물, 전기 및 전자 부품을 캡슐화하기 위한 조성물로서의, 자기 기록 물질, 미세기계 부품, 도파관, 광학 스위치, 도금 마스크, 에칭 마스크, 색교정 시스템, 유리 섬유 케이블 코팅, 스크린 인쇄 스텐실을 제조하기 위한, 스테레오리소그래피에 의해 3차원 물체를 제조하기 위한, 화상 기록 물질로서의, 홀로그래피 기록, 미세전자 회로, 탈색물질, 화상 기록 물질용 탈색 물질을 위한, 마이크로캡슐을 사용한 화상 기록 물질을 위한, UV 및 가시광 레이저 유도 화상형성 시스템용 포토레지스트 물질로서의, 인쇄회로기판의 순차적 빌드-업 층에서 유전체 층을 형성하기 위해 사용되는 포토레지스트 물질로서의 용도에 적용될 수 있다.
상기 경화막의 투과율은 ASTM D1003에 의거하여 UV-Vis spectrometer를 사용하여 측정한 것으로, 95% 이상값을 나타내었고, 표면 경화도는 기존 대비 현저히 개선된 경화 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 경화막이 봉지막 재료 또는 오버코트 재료인 전자 소자를 제공한다.
상기 경화막의 기재의 비제한적인 예로는 전자 부품용 기판이나, 이것에 소정의 배선 패턴이 형성된 것 등을 예시할 수 있다. 상기 기판으로는, 실리콘, 질화실리콘, 산화실리콘, 티탄, 탄탈, 팔라듐, 티탄텅스텐, 구리, 크롬, 알루미늄, AlNd, ITO, IGZO 등이 도포된 유리 또는 플라스틱 기판이나 유리 또는 플라스틱 기판 등을 들 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.
실시예
<실시예 및 비교예>
하기 표 1에 나타낸 광경화성 제1 및 제2 모노머들을 사용하여 하기 표 2와 같이 함량을 달리하여 실시예 및 비교예의 조성물을 준비하였다. 하기 표 1에 나타낸 모노머 A1 내지 A4는 모두 화학식 1에서 R이 메틸기(methyl group)인 화합물들이고, B1 내지 B5는 모두 화학식 2에서 R이 메틸기(methyl group)이며, R'이 메틸기(methyl group)이다. 또한, 기타 광경화성 모노머인 O1은 화학식이 C17H16O3으로, o-phenylphenol EO acrylate(CAS 72009-86-0)이다.
제1 모노머 및 제2 모노머의 총합 100 중량부 기준으로 개시제로서 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀 옥사이드를 3~4중량부 배합하였다.
상온에서 단파장 UV 광(UV LED 광원, 총 조사시간 동안 광 세기: 400 mW/cm2, 광량: 1000 mJ/cm2)을 조사하여 조성물을 8um 두께로 경화시켰다.
하기 표 1 내지 3은 원료, 봉지재 조성물 또는 경화물에 대하여 하기 평가 항목들을 사용하여 측정한 물성을 나타낸 것이다.
평가 항목
*액상 유전율 및 식 1 계산
액상 유전율: Dielectric Constant Meter model 871을 사용하여 10KHz에서 액상 유전율을 상온에서 측정하고, 하기 표 1 및 표 3에 나타내었다.
또한, 측정된 액상 유전율을 하기 식 1에 C값으로하고, 상기 C값 중 모노머 B4을 100% 사용하여 측정된 액상 유전율 값을 하기 식 1에 D값으로 사용하였으며, 계산된 결과값(단위 %)을 하기 표 3에 제시하였다.
[식 1]
(D-C)/D x 100
*고체상 유전율 및 식 1 계산
고체상 유전율: Precision Impedance Analyzer를 사용하여 100KHz에서 유전율을 측정하였다.
또한, 측정된 고체상 유전율을 상기 식 1에 C값으로 하고, 모노머 B4을 100% 사용하여 측정된 고체상 유전율 값을 상기 식 1에 D값으로 사용하였으며, 계산된 결과값(단위 %)을 하기 표 3에 제시하였다.
고상 유전율 시료는 Cr glass (Cr 두께 1600Å) 기판 위에 조성물을 스핀 코팅하여 경화 시킨 후(두께 8.0um, 노광량 1000 mJ/cm2), Al (Al 두께 1000Å, Al 사이즈 3.0*3.0 mm2)을 유기 경화막 위에 증착하였다.
*점도(cPs, 25도): Brookfield/DV-II+Pro 점도계를 사용하여 측정하였다.
*저장안정성(상변화): 봉지재 조성물을 섭씨 15도에서 3일간 보관하면서 상변화를 육안 관찰하였다. 3일간 조성물이 상변화 없이 액상 상태이면 저장 안정성이 우수한 것으로 평가하였다. 하기 표 3에서 3일 후, 고체로 굳은 것은 고상, 액체로 유지된 것은 액상이라 표시하였다.
*경화율: Bare glass 기판 위에 봉지재 조성물을 스핀코팅하여 경화 시킨 후 (두께 8.0um, 노광량 1000 mJ/cm2), 경화 후의 고상 물질을 긁어내어 FT-IR 반사모드(ATR)로 측정하였다.
FT-IR: Spectrum 100 Perkinelmer/ATR Durascope SensIR
측정된 피크 면적을 계산하여 아래 수식으로 경화율을 계산한다.
Figure pat00020
*잉크젯 퍼짐성: 봉지재 조성물을 잉크젯 헤드 온도 35도, 13picoliter의 volume으로 제팅할 때, 초기 Drop size 대비 5분 경화후 Drop Size 변화량을 통해 퍼짐성을 평가하였다. 참고로, 퍼짐성이 110~130% 정도일 때 코팅면 형성이 양호한 것으로, 퍼짐성이 낮으면 Drop이 퍼지지 않아 면을 제대로 형성하지 못하고, 퍼짐성이 너무 높으면 UV 경화 전에 잉크 조성물이 흘러내려 정상적인 면을 형성할 수 없어 바람직하지 않다.
광경화성
모노머
모노머 No. n 또는
화합물 명칭
점도 액상
유전율
고체상
유전율
제1 모노머
(화학식 1)
A1 n=5 8.39 3.29 2.42
A2 n=7 12.18 3.19 2.39
A3 n=9 18.16 3.08 2.36
A4 n=11 26.32 2.98 2.33
제2 모노머
(화학식 2)
B1 n=9 8.26 5.23 2.97
B2 n=10 9.31 5.08 2.93
B3 n=12 11.93 4.78 2.84
B4(D, 식 1 기준값) n=14 15.25 4.48 2.76
B5 n=16 19.27 4.18 2.67
기타 O1 o-phenylphenol EO acrylate 135.00 5.18 2.96
*표 1내에서 n은 화학식 1 또는 2에서 n을 나타낸다.
구분 제1 모노머 제1 모노머 함량
(중량부)
제2 모노머 제2 모노머 함량
(중량부)
실시예1 A3 50 B4 50
실시예2 A3 50 B3 50
실시예3 A3 55 B2 45
실시예4 A2 35 B4 65
실시예5 A2 50 B3 50
실시예6 A1 50 B3 50
비교예1 A4 100 - -
비교예2 A3 100 - -
비교예3 - - B5 100
비교예4 - - B4 100
비교예5 - - B3 100
비교예6 - - B1 100
비교예7 A4 50 B4 50
비교예8 A2 35 B1 65
비교예9 A1 35 B1 65
비교예10 O1 35 B3 65
구분 액상
유전율
액상 유전율의 식 1 (%) 고체상
유전율
고체상 유전율의 식 1 (%) 점도
(cPs)
경화율
(%)
잉크젯
퍼짐성
(%)
저장
안정성
(상변화)
실시예1 3.78 16% 2.56 7% 16.70 98.8% 117% 액상
실시예2 3.93 12% 2.60 6% 15.04 98.4% 119% 액상
실시예3 3.98 11% 2.62 5% 14.17 98.3% 120% 액상
실시예4 4.03 10% 2.63 5% 14.18 98.6% 118% 액상
실시예5 3.98 11% 2.62 5% 12.05 97.9% 117% 액상
실시예6 4.04 10% 2.75 0% 10.16 98.8% 110% 액상
비교예1 2.98 34% - - 26.32 0% - 고상
비교예2 3.08 31% - - 18.16 0% - 액상
비교예3 4.18 7% - - 19.27 0% 102% 고상
비교예4 4.48 0% 2.76 0% 15.25 89.0% 100% 액상
비교예5 4.78 -7% 2.84 -3% 11.93 90.1% 117% 액상
비교예6 5.23 -17% 2.97 -8% 8.26 91.3% 105% 액상
비교예7 3.73 17% 2.54 8% 20.79 95.6% 116% 고상
비교예8 4.51 -1% 2.77 0% 9.63 97.5% 114% 액상
비교예9 4.55 -2% 2.78 -1% 8.31 98.3% 112% 액상
비교예10 4.92 -10% 2.88 -5% 20.01 95.2% 117% 액상
상기 표 3의 결과로부터 보듯이, 경화 특성과 유전율간 양립 특성을 고려하여 적절하게 배합된 조성을 포함하는 실시예 1 내지 6에 따른 봉지재 조성물의 유전율은, 배합되지 않았거나 혹은 부적절하게 배합된 조성을 포함하는 비교예 1 내지 10에 따른 봉지재 조성물의 유전율보다 작은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 실시예 1 내지 6에서는 3.78 내지 4.04 범위 내 액상 유전율값을 나타내는 반면, 비교예 4 내지 6, 8 내지 10에서는 4.45 초과의 액상 유전율값을 나타내었다.
또한, 액상 유전율 저감 정도를 수치화한 식 1의 계산값 항목에서 확인할 수 있듯이, 경화 특성과 유전율간 양립 특성을 고려하여 적절하게 배합된 조성을 포함하는 실시예 1 내지 6에 따른 봉지재 조성물은 유전율 저감도가 기준값(D, 4.48) 대비 10% 이상 개선된 것으로 확인되었다.
한편, 양립 특성을 해소하지 못하는 배합을 가지는 비교예 3 내지 6 및 비교예 8 내지 10에 따른 봉지재 조성물은 유전율 저감도가 7% 이하에 그쳐 원하는 저유전 특성을 충분히 달성하지 못한 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 1 내지 3에 따른 봉지재 조성물은 충분히 경화가 되지 않기 때문에, 고체상 유전율을 측정할 수 없었고, 비교예 4 내지 6 및 비교예 8 내지 10에 따른 봉지재 조성물은 2.75 초과의 고체상 유전율을 나타내었다.
또한, 비교예 1은 점도가 26.32 cPs로 높았으며, 비교예 1, 3, 7은 섭씨 15도에서 3일간 보관하였을 때, 고체로 굳어 저장 안정성이 저조하였다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 모노머 화합물; 및
    개시제;를 포함하고,
    상기 모노머 화합물은,
    제1 모노머; 및
    제2 모노머를 포함하고,
    상기 제1 모노머는 하기 화학식 1로 표시되고,
    상기 제2 모노머는 2개 이상의 관능기를 가지는 다관능 모노머를 포함하고,
    상기 관능기는 아크릴레이트(acrylate) 및 메타크릴레이트(methacrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    봉지재 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00021

    상기 화학식 1에서, R은 수소(H) 또는 메틸기(methyl group)이고, n은 5 내지 9의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 모노머는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는,
    봉지재 조성물:
    [화학식 2]
    Figure pat00022

    상기 화학식 2에서, R 및 R'는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 메틸기(methyl group)이고, n은 10 내지 14의 정수이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 모노머 및 제2 모노머 전체 100중량부에 대하여,
    상기 제1 모노머는 35 내지 50 중량부로 포함하고,
    상기 제2 모노머는 50 내지 65 중량부로 포함하는,
    봉지재 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개시제는 상기 모노머 화합물 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 포함하는,
    봉지재 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    섭씨 25도에서, 액상 유전율이 4.45 이하인,
    봉지재 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    경화 시 고체상 유전율이 2.75 이하인,
    봉지재 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    섭씨 25도에서, 점도가 1 내지 25 cPs인,
    봉지재 조성물.
  8. 하나 이상의 표면이 제1항에 따른 봉지재 조성물의 유기 경화막을 갖는 발광 소자.
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