LCD Color Filter용 Hybrid Azo Colorants 합성 및 특성 연구

Abstract

현재 LCD용 컬러 필터로 사용되는 색소는 Red, Green, Blue 의 염료 혹은 안료로 제조된다. 이러한 색소 재료는 백라이트 유닛의 백색광을 각각의 해당하는 색으로 바꿔주는 중요한 역할을 하게 된다. 컬러 필터 재료는 높은 색순도와 투과도, 콘트라스트 여러 가지 컬러 LCD와 다른 이미지 장치에 화질을 결정하는 중요한 요소이다〔1〕. 컬러 필터 재료는 높은 색순도와 투과도, 콘트라스트 등의 높은 색재현성이 요구되는데, 컬러 필터에 사용되는 색소 재료의 스펙트럼이 요구되는 흡수 파장 이외에 불필요한 파장이 없고 폭이 좁은 흡수 밴드를 가질수록 요구되어진다〔2,3〕. 또한, 컬러레지스트의 식각 과정에서 노출되는 자외선, 산, 염기 조건 하에서 퇴색 또는 변색되지 않는 높은 내열, 내광, 내화학성을 가져야 한다. 오늘날까지, 컬러 필터를 제조하는 기술은 염색법, 증착법, 프린팅법, 안료분산법의 4가지 기술이 존재한다. 주로 안료와 염료를 이용한 기술인데 염,안료의 각각의 장점이 있는 반면 서로 보충되어져야할 단점들도 가지고 있으며 향후 해결해야 할 과제들이다〔4〕. 안료를 이용한 분산 기술은 진보되어 우수한 색 재현성과 열, 빛, 습도에 대한 내구성을 가지지고 컬러 필터를 제작하는 기술 중 가장 일반적인 기술로 적용되고 있으나, 이 기술은 안료 입자의 응집에 의해 투과도나 콘트라스트가 떨어지는 문제가 발생한다. 안료의 분산과정에서 분자의 응집이 없이 보다 안정한 미세 입자의 안료 분산 액을 만드는데 많은 시간과 비용이 소요되고 있으며, 이는 LCD 패널 제조 비용을 증가시키는 한 가지 원인이기도 하다.염료를 이용한 컬러필터는 분자 간 응집이 적으므로 분자 입자에 의한 입자 산란 효과가 거의 없기 때문에 높은 투과도와 콘트라스트 특성을 가지고 있다. 그러나 염료형 컬러필터의 단점인 약한 내열성, 내광성, 내화학성으로 인해 LCD 패널의 제조에 큰 문제점을 가지고 있다〔5〕.

그래서 컬러 필터에 사용되는 색소 재료의 스펙트럼이 요구되는 흡수 파장과 자외선, 산, 염기 조건에서 퇴색 또는 변색하지 않는 높은 내열・내광・내화학성을 가져야 한다. 본 연구는 염료 및 안료가 가지는 단점들을 보완한 LCD 컬러필터용 hybrid형 azo colorants의 설계 및 합성에 관한 내용이다. Azo 염료나 안료의 합성을 위하여 azo 짝지음 반응〔6,7〕을 이용하는데, azo 반응은 양성으로 하전된 디아조늄 염이 강하게 활성화된 방향족 고리 화합물과 짝지음 반응하여 아조화합물을 생성한다〔8,9,10〕. 이러한 아조화합물은 가시광선 영역에서 흡수가 일어나는 긴 공액 구조의 π― 전자들을 갖고 있기 때문에 염료, 안료로 널리 이용되고 있다. Azo coupling 반응에서 안료가 가지는 단점인 용해성을 개선하기 위하여, 주로 아조염료 합성에 많이 쓰이는 2-methyl-4 -nitroaniline의 디아조늄염을 만들어 사용하였다〔11,12〕. 그리고 염료가 가지는 단점인 내열성을 보완하기 위해 aniline 구조에 hydroxyethyl기가 치환된 coupler를 사용하였으며, 벤젠 고리의 수를 늘린 naphtol계, benzimidazolone〔13,14〕계의 커픞러를 사용하여 hybrid형 azo colorants를 합성하고자 하였다. 여기에 hybrid형 azo colotants를 합성하기 위한 아조 짝지음 반응에 대하여 기술하고, 합성된 azo 화합물들의 분광 특성, 용해도 특성, 열적 특성〔15,16〕 및 LCD 컬러필터용 색소로서의 적성에 대하여 보고하고자 한다.